擠壓機(jī)進(jìn)刀壓力和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速曲線的優(yōu)化

何寶

（國(guó)能包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

1 擠壓機(jī)、模板、切刀的相關(guān)參數(shù)

擠壓機(jī)是聚乙烯裝置的關(guān)鍵設(shè)備，它通過(guò)混煉、加壓、切粒等過(guò)程將聚乙烯粉料制成粒料，便于運(yùn)輸及后序加工。機(jī)組的使用、調(diào)整和維護(hù)對(duì)整個(gè)聚乙烯裝置來(lái)說(shuō)尤為重要，某型號(hào)擠壓機(jī)相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 擠壓機(jī)基本參數(shù)

模板和切刀屬于擠壓機(jī)重要備件，進(jìn)口價(jià)格昂貴，而且進(jìn)口周期較長(zhǎng)。模板和切刀使用國(guó)內(nèi)備件后，為保證切粒質(zhì)量和擠壓機(jī)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，切粒機(jī)進(jìn)刀壓力和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速曲線需要重新標(biāo)定。國(guó)內(nèi)某廠家的模板參數(shù)和切刀參數(shù)如表2和表3所示。

表2 國(guó)產(chǎn)模板參數(shù)

表3 國(guó)產(chǎn)切刀參數(shù)

2 切粒機(jī)理及切刀軸受力分析

切粒機(jī)有兩種切粒方法，間隙切粒和接觸切粒。間隙切粒：切刀與模板表面之間有一定的間隙，當(dāng)?shù)遁S進(jìn)刀壓力低于一定值時(shí)，刀軸通過(guò)手柄將保持在設(shè)定的固定位置，無(wú)論切刀磨損量和切刀轉(zhuǎn)速如何，刀軸與模板表面距離一定。接觸切粒：切刀與模板表面之間沒(méi)有間隙。當(dāng)推動(dòng)刀軸前進(jìn)壓力升高并超過(guò)一定值時(shí)，刀軸克服阻力向模板表面移動(dòng)，一旦刀刃與模板切粒帶接觸的進(jìn)刀壓力設(shè)置好，無(wú)論切刀磨損與否，切刀都能保持對(duì)模板切粒帶的壓力，使切刀自動(dòng)向模板前進(jìn)。正常來(lái)說(shuō)，接觸切粒能獲得更好的顆粒外觀，本文以接觸切粒方式進(jìn)行分析。

進(jìn)刀壓力直接影響到切刀對(duì)模板的壓力，進(jìn)刀壓力的設(shè)定是否合理，影響模板、切刀使用壽命及顆粒外觀。進(jìn)刀壓力設(shè)定太小，會(huì)導(dǎo)致間隙切粒，產(chǎn)生拖尾料、墊刀料，甚至纏刀。進(jìn)刀壓力過(guò)大，則模板和切刀磨損加劇，影響模板和切刀使用壽命[1]。正常切粒時(shí)，切刀軸受力如圖1所示。

圖1 切刀軸受力圖

切粒時(shí)模板受力分析[2]如下：

式中：FX為刀刃對(duì)模板切粒帶的推力；f1為施加在氣缸的進(jìn)刀壓力；f2為顆粒水對(duì)刀軸向模板的推力；f3為施加在氣缸的退刀壓力；f4為顆粒水的壓力；f5為摩擦損失的力。

顆粒水對(duì)刀軸向模板的推力：

式中：N為切刀數(shù)量；K為系數(shù)；L為切刀的有效長(zhǎng)度；V為切刀的線速度。

由此可知，f2隨著切刀轉(zhuǎn)速的增加而變大，關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 f2與切刀轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線圖

f3通常設(shè)定為0.15 MPa；f4為顆粒水泵出口壓力，約0.4 MPa；f5與模板和切刀的材料、硬度、粗糙度有關(guān)系，為固定值。由此可知，推力FX只與f1和f2密切相關(guān)。因此，進(jìn)刀壓力和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定是否合理，關(guān)系到切刀對(duì)模板的推力，推力是否適合，直接影響模板和切刀的使用壽命和切粒狀態(tài)[3]。

3 進(jìn)刀壓力與切粒機(jī)轉(zhuǎn)速曲線的標(biāo)定方法

1）用熔融樹(shù)脂填充模板孔。

模板處拉料6 t/h，直到模板無(wú)氣體排出且樹(shù)脂干凈，在模板表面涂上硅油，清理水室的連接法蘭接觸面，水室和模板對(duì)中良好，能進(jìn)行鎖模操作。

2）預(yù)熱切粒單元。

確保切粒視窗是關(guān)閉的，合模，PCW三通閥打“直通”，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為330 r/min，啟動(dòng)切粒機(jī)，并運(yùn)行約30 min，直至切粒機(jī)的溫度達(dá)到平衡。停止切粒機(jī)，PCW三通閥打“旁通”，進(jìn)行排水并解模操作。

3）設(shè)置模板和切刀間隙千分表為“0”。

確保切刀刀刃已找水平，在0.03 mm之內(nèi)。投用切刀軸退刀壓力，將切刀軸縮回至最遠(yuǎn)端，安裝切刀刀盤(pán)至切刀軸上。切粒軸和水室進(jìn)行垂直度打表，在0.03 mm之內(nèi)。連接水室和模板，將水室視窗打開(kāi)，逐步增加刀軸向前的進(jìn)刀壓力，當(dāng)?shù)度薪佑|到模板表面時(shí)，將模板和切刀間隙千分表設(shè)置為“0”。

4）切刀軸行程及切刀磨損報(bào)警點(diǎn)設(shè)定。

a.通過(guò)旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母杠桿，松開(kāi)鎖緊螺母；b.降低刀軸進(jìn)刀壓力，投用刀軸后退壓力，移動(dòng)刀軸的壓力要最小，刀軸開(kāi)始向后移動(dòng)；c.當(dāng)?shù)遁S向后運(yùn)動(dòng)被止動(dòng)套筒阻礙時(shí)，記錄模板和切刀間隙千分表讀數(shù)；d.轉(zhuǎn)動(dòng)止動(dòng)套筒杠桿，向前或向后，直到切刀和模板間隙千分表讀數(shù)為4 mm；e.旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母杠桿，鎖定刀軸位置在離模板4 mm處（切刀和模板間隙百分表4 mm）；f.拆下切刀盤(pán)，提高進(jìn)刀壓力，將切刀軸在千分表為“0”點(diǎn)的基礎(chǔ)上，向模板移動(dòng)2 mm，設(shè)此點(diǎn)為切刀磨損2 mm報(bào)警點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 切刀軸行程設(shè)定

5）確定進(jìn)刀壓力和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。

關(guān)閉并鎖上水室視窗，合模，PCW三通閥打“直通”。將進(jìn)刀壓力設(shè)定為0.05 MPa，將刀軸后退壓力設(shè)定為0.08 MPa，切刀軸向后移動(dòng)至止點(diǎn)位置，此時(shí)，切刀距離模板4 mm，啟動(dòng)切粒機(jī)電動(dòng)機(jī)。

設(shè)定不同的切粒機(jī)轉(zhuǎn)速，在特定的切粒機(jī)轉(zhuǎn)速下，滿足以下條件時(shí)，開(kāi)始收集進(jìn)刀壓力數(shù)據(jù)：a.當(dāng)切刀開(kāi)始朝模板移動(dòng)；b.切刀持續(xù)向前移動(dòng)；c.切刀刀刃接觸模板時(shí)，切粒機(jī)電動(dòng)機(jī)電流開(kāi)始增加，一般以切刀持續(xù)向前移動(dòng)的進(jìn)刀壓力設(shè)定為操作壓力。

4 進(jìn)刀壓力與切粒機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)定及偏差原因分析

切粒機(jī)轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為200、250、300、350、400、450、500 r/min。

以切粒機(jī)轉(zhuǎn)速200 r/min為例：在退刀壓力0.08 MPa、進(jìn)刀壓力0.05 MPa基礎(chǔ)上，開(kāi)始逐漸提高進(jìn)刀壓力，當(dāng)切粒機(jī)軸開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，記錄此時(shí)的進(jìn)刀壓力p1，如果切刀軸向前停在半程位置，每次將進(jìn)刀壓力提高0.01 MPa，直至切粒軸繼續(xù)開(kāi)始向模板移動(dòng)，記錄此時(shí)的進(jìn)刀壓力p2，當(dāng)切刀和模板間隙千分表在“0”點(diǎn)的位置，注意觀察切粒機(jī)電流，如果電流增加，此時(shí)的p2即為最佳進(jìn)刀壓力，如果切粒機(jī)電流無(wú)增加，繼續(xù)提高進(jìn)刀壓力，每次0.01 MPa，直至切粒機(jī)電流開(kāi)始增加為止，記錄此時(shí)的壓力p3，p3即為最佳進(jìn)刀壓力。重復(fù)上述步驟，記錄切粒機(jī)轉(zhuǎn)速在250、300、350、400、450、500 r/min時(shí)的最佳進(jìn)刀壓力，如表4所示。

表4 進(jìn)刀壓力與切粒機(jī)轉(zhuǎn)速標(biāo)定數(shù)據(jù)

根據(jù)3次標(biāo)定的進(jìn)刀壓力取平均值后，繪制進(jìn)刀壓力與切粒機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線，如圖4所示。

圖4 進(jìn)刀壓力和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線

原始進(jìn)刀壓力和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線為：Y（進(jìn)刀壓力）+0.001×n（切粒機(jī)轉(zhuǎn)速）=0.7，模板和切刀使用國(guó)內(nèi)備件后，重新標(biāo)定的均化曲線為：Y（進(jìn)刀壓力）+0.001×n（切粒機(jī)轉(zhuǎn)速）=0.65。由兩個(gè)曲線對(duì)比可知，在相同切粒機(jī)轉(zhuǎn)速下，原始關(guān)系曲線中進(jìn)刀壓力要高于標(biāo)定后曲線的進(jìn)刀壓力，如果仍然按照原始曲線進(jìn)行切粒操作，將會(huì)造成模板和切刀過(guò)度磨損。同時(shí)，過(guò)高的進(jìn)刀壓力，將導(dǎo)致刀尖翹起，造成顆粒拖尾，影響顆粒外觀[4]。標(biāo)定后的曲線更適應(yīng)切粒操作。

標(biāo)定后曲線的斜率和截距比原始曲線略低，其原因有：1）模板和切刀硬度偏差較大，可能是模板硬度過(guò)高，或者切刀硬度過(guò)低；2）模板和切刀光滑度不夠，切刀和模板摩擦損失增大；3）模板和切刀平面度不夠，由面接觸變?yōu)榫€接觸，或者面接觸變?yōu)辄c(diǎn)接觸，影響切粒機(jī)電流。

模板和切刀加工精度及質(zhì)量不同，進(jìn)刀壓力及切粒機(jī)轉(zhuǎn)速曲線不同，標(biāo)定后的曲線更適應(yīng)真實(shí)切粒操作，不僅可延長(zhǎng)模板和切刀使用壽命，同時(shí)，保證產(chǎn)品外觀質(zhì)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)刀壓力和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速曲線的標(biāo)定是擠壓機(jī)正常生產(chǎn)前的必要步驟之一。模板和切刀是擠壓機(jī)組的重要備件，國(guó)內(nèi)眾多廠家的擠壓機(jī)模板和切刀都已使用國(guó)內(nèi)備件，模板和切刀相互配合是否良好，直接關(guān)系模板和切刀的使用壽命，因此進(jìn)刀壓力和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速曲線的標(biāo)定就顯得尤為重要，曲線標(biāo)定后需要在DCS上對(duì)進(jìn)刀壓力及切粒機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，切粒機(jī)在自動(dòng)狀態(tài)下，切粒機(jī)轉(zhuǎn)速變化后，進(jìn)刀壓力會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證切刀緊貼模板表面，既保證切粒狀態(tài)，又不會(huì)使切刀和模板過(guò)度磨損，保證擠壓機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)使用國(guó)內(nèi)某廠家的模板和切刀后，進(jìn)刀壓力和切粒機(jī)轉(zhuǎn)速曲線重新標(biāo)定，為國(guó)內(nèi)其他聚烯烴廠家提供借鑒。