淺談橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)的新型布局及結(jié)構(gòu)改進(jìn)

李建星

(山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400)

為適應(yīng)橡膠工藝的迅速發(fā)展以及輪胎企業(yè)與日遞增的自動(dòng)化、智能化和環(huán)?；纫?，擠出壓片機(jī)經(jīng)過多次換代和結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展成了現(xiàn)如今具有國際先進(jìn)水平的錐形雙螺桿結(jié)構(gòu)，該設(shè)備已成為集環(huán)保、高效、精準(zhǔn)和安全于一體的重要的煉膠設(shè)備，越來越多的大型輪胎企業(yè)也已全部采用該設(shè)備作為密煉機(jī)下輔機(jī)完成膠料的混煉。本文基于目前市場上主流的橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)進(jìn)行拓展延申，從布局和結(jié)構(gòu)等多個(gè)角度加以介紹，以期新布局和新結(jié)構(gòu)能給國內(nèi)的橡膠制品企業(yè)在設(shè)備改造或引進(jìn)時(shí)提供參考和借鑒。

1 橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)的新型布局

橡膠等制品日益加大的需求量以及消費(fèi)者日漸挑剔的眼光，使得不少用戶廠考慮對(duì)其現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代或升級(jí)改造，這其中不乏存在受已有廠房布局限制的情況，這樣一來，設(shè)備在引進(jìn)或改造時(shí)，已無法考慮使用現(xiàn)有常規(guī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行替換更新，那么就應(yīng)在售前針對(duì)不同的安裝空間進(jìn)行針對(duì)性的布局新設(shè)計(jì)。

1.1 擠出裝置的雙箱結(jié)構(gòu)改造

21 世紀(jì)初期，國內(nèi)的橡膠設(shè)備制造企業(yè)在已有螺桿驅(qū)動(dòng)為雙減速器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上（簡稱：雙箱結(jié)構(gòu)，如圖1 所示），開發(fā)了螺桿驅(qū)動(dòng)為單一減速器驅(qū)動(dòng)一對(duì)速比齒輪的結(jié)構(gòu)（簡稱：單箱結(jié)構(gòu)）。原有雙箱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于：擠出裝置的左、右螺桿后側(cè)分別掛有減速器，兩個(gè)減速器的輸出軸通過萬向聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)在一起，設(shè)備工作時(shí)，減速器輸入部分的錐齒輪軸過與錐齒輪相互嚙合實(shí)現(xiàn)力矩的輸出與轉(zhuǎn)向（如圖2 所示），這將會(huì)使主電機(jī)傳遞給一個(gè)箱體的速度、扭矩以相同大小傳遞給另外一個(gè)箱體，從而實(shí)現(xiàn)兩根螺桿的同步嚙合。由于輸入轉(zhuǎn)速很高，該結(jié)構(gòu)的安裝精度及日常維護(hù)都伴有很高的要求，不精密的安裝以及維護(hù)不到位將會(huì)造成擠出減速器箱體異常震動(dòng)、減速器錐齒輪輪齒折斷等嚴(yán)重問題。目前市場上主流的單箱結(jié)構(gòu)，具有安裝簡單，維護(hù)方便，占地空間小等優(yōu)點(diǎn)，因此近10 余年來已逐步取代了雙箱結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有越來越多的用戶廠希望在雙箱機(jī)臺(tái)的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備的擠出裝置部分進(jìn)行升級(jí)改造。

圖1 橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)（雙箱結(jié)構(gòu)）示意圖

圖2 擠出減速器輸入部分局部剖視圖

一般來說，既有的雙箱結(jié)構(gòu)壓片傳動(dòng)部分不會(huì)距離主機(jī)太遠(yuǎn)，因此按常規(guī)布局進(jìn)行擠出裝置的改造顯然是沒有安裝空間的（如圖3 所示），這樣一來，充分利用用戶原有廠房空間進(jìn)行雙箱機(jī)臺(tái)的改造便成了橡膠設(shè)備制造企業(yè)需要考慮的課題。

圖3 按常規(guī)布局改造易造成主電機(jī)干涉的示意圖

有些用戶在訂購設(shè)備時(shí)，考慮到其自身使用及廠房建設(shè)等因素，會(huì)選擇將壓片電機(jī)和擠出電機(jī)分別放置在主機(jī)兩側(cè)（如圖4 所示），這樣一來，擠出減速器可以按目前常規(guī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，只需考慮在原有的雙箱設(shè)備基礎(chǔ)上，解決擠出減速器和擠出電機(jī)的安裝固定問題即可。但往往一些用戶需要在壓片傳動(dòng)裝置的對(duì)側(cè)放置樓梯或停放叉車用來輔助上游密煉機(jī)的維修和故障排除，那么在這種情況下，便無法考慮實(shí)施這一改造方案了。

圖4 兩個(gè)電機(jī)分別放置在主機(jī)兩側(cè)的改造布局示意圖

不少用戶在設(shè)備后側(cè)留有很大的一塊空間，且該空間不作為制品傳送及運(yùn)輸通道使用，因此在空間尺寸允許的情況下，我們也可以考慮將擠出電機(jī)放置在整個(gè)設(shè)備的最后側(cè)（如圖5 所示），在這種方案下，只需將擠出減速器輸出軸稍作調(diào)整便能滿足安裝和使用條件，即根據(jù)擠出機(jī)螺桿的軸徑尺寸以及減速器的安裝方向進(jìn)而調(diào)整輸出軸兩端孔槽的內(nèi)徑尺寸，這樣一來，既能保持?jǐn)D出減速器外形與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品一致，又可延續(xù)原本成熟的傳動(dòng)理念。此方案下，可以根據(jù)用戶廠空間布局不同、用戶操作習(xí)慣不同等因素，進(jìn)而決定擠出減速箱和擠出電機(jī)的具體擺放形式。需要注意的是，此方案需要考慮擠出減速器排油孔位置的設(shè)置、短螺桿旋轉(zhuǎn)接頭的安裝空間、擠出減速器及電機(jī)的安裝固定問題等。

上述方案是用戶廠安裝空間為足夠大的理想狀態(tài)，事實(shí)上也存在設(shè)備后側(cè)及外側(cè)空間均狹小的特殊情況，這就需要根據(jù)用戶現(xiàn)場的實(shí)際情況對(duì)擠出減速器進(jìn)行針對(duì)性的特殊設(shè)計(jì)：如圖6 所示，擠出減速器整體豎掛在長螺桿后側(cè)，同時(shí)配有安裝底座進(jìn)行支撐。該方案下，力矩的輸出存在轉(zhuǎn)向，即擠出電機(jī)通過一對(duì)錐齒輪及若干齒輪副將速度與力矩傳遞給長螺桿，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)擠出裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)。此改造方案整體效果十分緊湊，對(duì)于既有廠房空間有限的用戶廠來說，不失為一項(xiàng)理想之舉。

圖6 廠房后側(cè)、外側(cè)空間狹小可采取的改造布局

1.2 壓片裝置的新型布置形式

目前普遍應(yīng)用于各大橡膠制品企業(yè)的壓片裝置是這樣工作的：雙出軸減速器通過萬向聯(lián)軸器分別與壓片裝置的上下輥筒聯(lián)結(jié)在一起，工作時(shí)，將速度和力矩傳遞給輥筒，使輥筒之間相對(duì)滾動(dòng)從而將膠料擠壓成片狀，該結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)對(duì)于精度沒有很高的要求，且具有性能穩(wěn)定，故障率低，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但有的用戶在訂購設(shè)備時(shí)，既有廠房存在更為特殊的情況：壓片傳動(dòng)裝置幾乎沒有安裝空間。常規(guī)所使用的萬向聯(lián)軸器由于其結(jié)構(gòu)和功能的特點(diǎn)，總長度存在最小值，因此即便以其最小值進(jìn)行選型，也無法滿足廠房空間的安裝要求，因此，通過萬向聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)的方式便無法在該情況下使用了?？紤]到壓片裝置分上輥筒和下輥筒兩個(gè)部分，且輥筒在日常使用和維修時(shí)有調(diào)距的需要，只能考慮對(duì)其進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，因此，我們將縮短壓片裝置的驅(qū)動(dòng)距離作為解決該問題的突破口。為將壓縮整機(jī)布局一步到位，考慮使用輥筒軸與減速器直聯(lián)的方式進(jìn)行速度與力矩的傳遞，上、下輥筒分別在左右兩側(cè)直聯(lián)減速機(jī)，兩個(gè)減速機(jī)又分別在各自電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下為各自輥筒傳遞速度和力矩。需要注意的是：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮該結(jié)構(gòu)形式下設(shè)備的整體穩(wěn)定性、穩(wěn)固性以及安全性。

2 橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

20 世紀(jì)90 年代開始，橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)在橡膠制品企業(yè)大面積推廣應(yīng)用。隨著高質(zhì)量發(fā)展理念的逐步推動(dòng)，越來越多的企業(yè)對(duì)煉膠過程的把控漸漸重視起來，在新設(shè)備引進(jìn)時(shí)，其對(duì)設(shè)備的要求也已由“ 粗放” 朝“ 精細(xì)” 轉(zhuǎn)變。我國的橡膠設(shè)備制造企業(yè)針對(duì)用戶廠層出不窮的新標(biāo)準(zhǔn)、高要求，近年來不斷在原本成熟的技術(shù)基礎(chǔ)上加以細(xì)節(jié)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)升級(jí)，從而使得設(shè)備在環(huán)保、高效、精準(zhǔn)和安全等方面都有了不同程度的進(jìn)步和提高。

2.1 輥筒的防粘技術(shù)

輥筒是橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)的主要工作部件，一般采用冷硬鑄鐵制造，內(nèi)部通水對(duì)其自身進(jìn)行冷卻。輥筒的輥面需要長時(shí)間與膠料進(jìn)行摩擦運(yùn)轉(zhuǎn)，因此輥筒的化學(xué)成分、機(jī)械性能、加工方式等都影響著它的使用壽命。一般來說，輥筒的內(nèi)部韌性較好、強(qiáng)度大，表面又具有一定厚度的冷硬層，這些特質(zhì)其實(shí)足以對(duì)抗市面上絕大部分膠料對(duì)整個(gè)輥面或者局部工作面產(chǎn)生的巨大磨損。但隨著近年來“ 真空輪胎“、“ 綠色輪胎” 等概念的迅速普及，“ 丁基膠”、“ 白炭黑” 等字眼越來越多的涌入橡膠行業(yè)市場，這就意味著生產(chǎn)設(shè)備需要具有更好的防黏性以及耐腐蝕性。為順應(yīng)市場，我國的橡膠設(shè)備制造企業(yè)經(jīng)過一段時(shí)間的科研攻關(guān)，在保持輥面具有一定冷硬深度的基礎(chǔ)上，對(duì)其工作表面噴丸處理后鍍鉻，噴丸鉻層與輥筒本體結(jié)合力好，一定程度上提高了輥筒的機(jī)械強(qiáng)度，且增加了耐磨性、耐腐蝕性以及防黏性等諸多優(yōu)質(zhì)性能。

2.2 液壓鎖緊裝置

橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)配置下，使用機(jī)械式鎖緊塊將壓片裝置與擠出裝置固定聯(lián)接在一起。工作時(shí)，設(shè)備經(jīng)過連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，無法避免的機(jī)體震動(dòng)易導(dǎo)致鎖塊上的緊固件松動(dòng)，鎖塊的鎖緊狀態(tài)不實(shí)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響設(shè)備的整體精度，進(jìn)而影響制品品質(zhì)。近年來，國內(nèi)的橡膠設(shè)備制造企業(yè)研制出一種液壓鎖緊裝置（如圖7 所示）用來替代傳統(tǒng)的機(jī)械鎖塊：鎖緊墊塊（件9）固定在機(jī)筒耳塊上，壓蓋（件1）與壓片裝置機(jī)架固定連接在一起，鎖緊油缸（件5）通過油缸支架（件3）同時(shí)在壓蓋和機(jī)架上固定，又通過絲桿（件7）、螺母（件8）與滑動(dòng)塊（件2）聯(lián)接，鎖緊油缸橫向穿過壓蓋且與鎖緊墊塊通過斜面貼合。設(shè)備工作時(shí)，油缸活塞桿受力伸出，推動(dòng)絲桿向設(shè)備內(nèi)側(cè)施壓，使得滑動(dòng)塊與鎖緊墊塊間的斜面緊密貼合，當(dāng)設(shè)備工作受到震動(dòng)迫使滑動(dòng)塊與鎖緊墊塊的兩個(gè)斜面產(chǎn)生縫隙，油缸迅速響應(yīng)，活塞帶動(dòng)絲桿向內(nèi)推動(dòng)從而補(bǔ)償二者的間隙，使滑動(dòng)塊與鎖緊墊塊繼續(xù)保持貼合狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到鎖緊的目的。油缸在推動(dòng)滑動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)塊與壓蓋、機(jī)架的結(jié)合面產(chǎn)生摩擦，為避免工作件的磨損，在結(jié)合處設(shè)置耐磨板（件4、件6），同時(shí)鎖緊墊塊與滑動(dòng)塊之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此在斜面處通過潤滑接管（件11）定期通油潤滑，使用限位塊（件12）設(shè)置極限位置以防止擋膠板刮傷輥筒，并通過E向視圖中的接近開關(guān)檢測該裝置的鎖緊和松開狀態(tài)。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，但又可輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備工作時(shí)擠出裝置和壓片裝置時(shí)刻鎖緊的目的，具備推廣和應(yīng)用的價(jià)值。

圖7 液壓鎖緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 機(jī)械式調(diào)距裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 液壓調(diào)距裝置

根據(jù)橡膠制品企業(yè)針對(duì)不同配方的工藝要求，橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)在使用時(shí)需要調(diào)整輥筒距離，此功能通過調(diào)距裝置進(jìn)行，調(diào)節(jié)范圍一般為1～10 mm 不等，當(dāng)檢維修時(shí)，上輥筒最大可提升至200 mm。當(dāng)今市面上應(yīng)用較多的橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)調(diào)距裝置一般為機(jī)械式調(diào)距：即調(diào)距時(shí)電機(jī)（件1）通過減速機(jī)帶動(dòng)蝸桿（件2）和蝸輪（件4）轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使絲杠（件6）上下運(yùn)動(dòng)，由于絲杠與安全裝置及軸承座固定在一起，當(dāng)絲杠作上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上輥筒也一起運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輥距的調(diào)節(jié)。當(dāng)設(shè)備工作時(shí)，膠料從輥筒之間被壓出，膠料對(duì)輥筒產(chǎn)生的橫壓力使得上輥筒具有被向上頂起的趨勢(shì)，由于絲杠和螺母（件5）之間通過梯形螺紋傳力螺旋，而該螺紋副存在不可避免的軸向間隙，因此，絲杠在該力的帶動(dòng)下，通過軸向間隙向上微抬，進(jìn)而上輥筒也向上抬起一定的距離，該運(yùn)動(dòng)距離使得擠出裝置擋膠板與輥筒之間的間隙產(chǎn)生變化，較初始狀態(tài)呈變大趨勢(shì)，這一間隙的產(chǎn)生使得膠料為釋放壓力而從這里竄出，進(jìn)而造成壓出的膠片邊緣不整齊，兩側(cè)有膠邊甚至掉落膠豆的后果，這也成為了近年來越來越多的橡膠制品企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問題。因此，摒棄傳統(tǒng)的調(diào)距方式，采用PLC、液壓站和人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)輥距調(diào)節(jié)，即液壓調(diào)距，大概率會(huì)解決上面所說的問題。相比傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)距，液壓調(diào)距具有反應(yīng)靈敏、傳動(dòng)平穩(wěn)、操控簡單等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)，也存在造價(jià)昂貴、現(xiàn)場油液泄露以及維修難度大等弊端。

3 結(jié)語

煉膠工藝經(jīng)過幾代人的摸索和探究，目前看來，各制品企業(yè)都有了其自身獨(dú)特的生產(chǎn)管理理念以及產(chǎn)品發(fā)展方向，對(duì)于設(shè)備的配置和功能也都存在著不同程度的標(biāo)準(zhǔn)和要求，以此實(shí)現(xiàn)其在工藝上的改進(jìn)和提升，進(jìn)而滿足現(xiàn)如今消費(fèi)者越來越嚴(yán)苛的產(chǎn)品需求，使產(chǎn)品兼具功能性、環(huán)保型、可靠性等綜合發(fā)展實(shí)力。產(chǎn)品不競爭就沒有生命，企業(yè)不競爭就不能前進(jìn)，“ 與顧客零距離就是與競爭對(duì)手遠(yuǎn)距離”，同理，國內(nèi)的橡膠設(shè)備制造企業(yè)也應(yīng)在把控好自身產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，深入理解和準(zhǔn)確把握市場和客戶的需求，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的大方向以及細(xì)節(jié)上不斷加以完善和創(chuàng)新，在協(xié)助客戶創(chuàng)造價(jià)值的同時(shí)，進(jìn)而建立和培育其企業(yè)自身的核心競爭實(shí)力。