韓幫闊，張津，周仁忠，高玉茹

(大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116039)

250橡膠擠出壓片機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)

韓幫闊，張津，周仁忠，高玉茹

(大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116039)

介紹了“大橡塑”自主設(shè)計(jì)的250橡膠擠出壓片機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、工作原理、主要技術(shù)特點(diǎn)等。其主要優(yōu)勢有：實(shí)現(xiàn)連續(xù)壓片輸出、煉膠質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)保、省去了開煉機(jī)等。

橡膠制品；自動化；環(huán)保；250；擠出壓片機(jī)

近年來，隨著橡膠制品企業(yè)的迅速發(fā)展，對自動化程度高、環(huán)保性好的生產(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，也給橡膠制品生產(chǎn)企業(yè)的運(yùn)營帶來了一定的問題。160 L及其附近規(guī)格的密煉機(jī)（含切線型和嚙合型轉(zhuǎn)子）是以輸送帶為典型代表的橡膠制品企業(yè)中的主要生產(chǎn)設(shè)備，目前均是配套開煉機(jī)（一般是Φ610規(guī)格）使用，存在占地面積大、自動化程度低、生產(chǎn)效率低、工人的勞動強(qiáng)度大、環(huán)境污染嚴(yán)重、工人操作水平的高低直接影響煉膠質(zhì)量等缺點(diǎn)。作為中國橡膠機(jī)械的搖籃和龍頭企業(yè)，開發(fā)出滿足行業(yè)需求的新型橡膠生產(chǎn)設(shè)備是大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司（以下簡稱“大橡塑”）近年來關(guān)注的內(nèi)容。為此，公司在近年設(shè)計(jì)開發(fā)出了250 L橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)，本文對其進(jìn)行介紹。

作為密煉機(jī)的下游輔機(jī)，1987年“大橡塑”研制出了國內(nèi)第一臺擠出壓片機(jī)，為單螺桿結(jié)構(gòu)。自那以后，根據(jù)橡膠工業(yè)的需要，以及設(shè)備制造商自身的改進(jìn)，國內(nèi)的擠出壓片機(jī)進(jìn)行了持續(xù)的結(jié)構(gòu)完善工作，目前已進(jìn)步至第四代，也就是目前行業(yè)主流的三錐結(jié)構(gòu)。本機(jī)即采用行業(yè)最先進(jìn)的三錐結(jié)構(gòu)。

1 主要技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)量 ≥4 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 Φ602 mm×Φ250 mm；

螺桿轉(zhuǎn)速 2.2～22 r/min；

擠出電機(jī)額定功率 90 kW；

輥筒尺寸 Φ400 mm×900 mm；

輥筒轉(zhuǎn)速 2.8～28 r/min；

最大線速度 35 m/min；

壓片電機(jī)額定功率 90 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 200 mm；

機(jī)頭擋膠板距離 550 mm（壓出膠片寬度600 mm）；

調(diào)距電機(jī)（雙速） P=2.2 kW；

加料口尺寸 800 mm×600 mm；

外形尺寸 ～4 570 mm×4 320 mm×2 720 mm；

重量（不含主電機(jī)、電控柜） ～25 t。

2 工作原理

由密煉機(jī)煉好的膠料從排料口排出，通過擠出壓片機(jī)的過渡槽、加料槽，因重力作用落在雙螺桿擠出壓片機(jī)的兩根螺桿之間，兩根螺桿在傳動系統(tǒng)的帶動下作異向同步向內(nèi)相互嚙合運(yùn)動，兩根螺桿的相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動將膠料向前推移；由于螺桿的結(jié)構(gòu)為錐形變距變深全收斂式，膠料在封閉的機(jī)筒內(nèi)受到兩個螺桿的不斷變化的強(qiáng)烈剪切和擠壓折卷作用，并且膠料在向前推移過程中產(chǎn)生一定的壓縮，膠料沿著擠出螺桿經(jīng)過擋膠板的收口被推到兩個壓片輥筒之間，兩個相向旋轉(zhuǎn)的輥筒將膠料壓成連續(xù)的膠片。膠料在擠出的過程中錐形螺桿的相互嚙合保證了螺桿的自潔性，膠料由螺桿大端被推入小端，產(chǎn)生的壓縮比保證了膠料的致密性，膠料經(jīng)過帶有漸變收口的擋膠板時被充分?jǐn)D壓，從而使輥筒壓出的膠片兩側(cè)光滑。參見圖1。

圖1 工作原理示意圖

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

本機(jī)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。如圖2所示。

該機(jī)關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見如下介紹。

3.1 主機(jī)部分

3.1.1 輥筒

根據(jù)擠出壓片機(jī)的工作原理和特點(diǎn)，輥筒僅為壓制膠片并快速輸出（本機(jī)的輥筒線速度設(shè)計(jì)可達(dá)35 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(jī)采用中空結(jié)構(gòu)的輥筒。其外形見圖3。

圖2 設(shè)備構(gòu)成圖

圖3 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(diǎn)：

（1）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(qiáng)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；

（2）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；

（3）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。

另外，本機(jī)的輥筒，與開煉機(jī)用輥筒的加工工藝和結(jié)構(gòu)相似，輥面冷硬層硬度高，耐磨性好。同時，在輥筒的兩端增加注油口，通過手動油泵注入高壓油，可方便地拆卸軸承。

在輥筒參數(shù)初步確定后，利用ANSYS 軟件，對輥筒的受力及變形情況進(jìn)行分析， 以保障輥筒的安全性。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行局部優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高輥筒的安全系數(shù)。見圖4、圖5。

圖4 輥筒應(yīng)力分析

圖5 輥筒變形分析

3.1.2 機(jī)筒

機(jī)筒采用鑄焊結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔夾套式冷卻，與水平方向呈15°放置。本體（鑄鋼材質(zhì)）及冷卻流道鑄造出來，外側(cè)加封板。機(jī)筒與膠料接觸的內(nèi)表面鍍硬鉻，以提高耐磨性和使用壽命，同時也提高了自潔性，有利于膠料被完整地擠出。見圖6。

圖6 機(jī)筒示意圖

圖7 螺桿驅(qū)動示意圖

3.1.3 螺桿驅(qū)動

和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是，本機(jī)的螺桿驅(qū)動采用主動/從動速比齒輪的形式。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。參見圖7。

速比齒輪為中碳合金鋼材質(zhì)，通過熱處理以提高其強(qiáng)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(jī)的工況（擠出螺桿中心線與水平面成15°夾角），使得本機(jī)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(jìn)入到機(jī)筒內(nèi)污染膠料的可能）。為此，本機(jī)在設(shè)計(jì)時采用了如下的對策：

（1）設(shè)備運(yùn)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(diǎn)增加。沿齒長方向原為一注油點(diǎn)，現(xiàn)改為三潤滑點(diǎn)。

（3）為防止?jié)櫥瓦M(jìn)入機(jī)筒內(nèi)，設(shè)計(jì)增加骨架油封。

3.1.4 機(jī)頭擋膠板

對于新型三錐結(jié)構(gòu)的擠出壓片機(jī)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(jì)、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(fèi)，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(jī)的擋膠板采用三維模擬流道設(shè)計(jì)，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。參見圖8。

圖8 擋膠板示意圖

3.1.5 積膠控制

本機(jī)的螺桿和輥筒由獨(dú)立的電機(jī)分別驅(qū)動，是兩個獨(dú)立的單元，那么螺桿和輥筒間的速度匹配是很重要的。只有合適的速度匹配，才能保證壓出的膠片致密、連續(xù)。

為保證螺桿和輥筒間的速度匹配，傳統(tǒng)的設(shè)備會在擠出機(jī)筒的頭部設(shè)置積膠控制裝置，其原理是膠料堆積或者機(jī)頭壓力過高時（顯示螺桿轉(zhuǎn)速過高），感應(yīng)板移動或者壓力傳感器響應(yīng)并發(fā)出信號，自動降低螺桿轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)控制方式的故障率，使用往往不太可靠，部分用戶最后都不接線使用。本機(jī)采用電流控制的方式，結(jié)構(gòu)簡單，相對可靠性高。

3.1.6 輥筒安全裝置

安全裝置采用安全片保護(hù)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(jī)信號并提醒用戶進(jìn)行下一步的操作。

傳統(tǒng)的輥筒安裝裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全片拆裝困難。為簡化安全片的拆裝，縮短停機(jī)時間。本機(jī)采用“大橡塑”專利技術(shù)的抽屜式安全裝置，見圖9。

如果想更換破碎的安全片，只需拔下定位銷，滑塊便可連同平衡器和安全片一起從滑塊盒中被抽出。滑塊被抽出后，安全片可被取出和更換，該結(jié)構(gòu)將大大縮短用戶的停機(jī)。

3.2 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10。

擠出/壓片減速都是在一個封閉的箱體內(nèi)實(shí)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(jī)用彈性聯(lián)軸器連接。本機(jī)所配減速機(jī)均為硬齒面減速機(jī)，齒輪材質(zhì)均為低碳合金鋼進(jìn)行滲碳磨齒處理，耐磨性好，使用壽命長。

圖9 老型機(jī)械安全裝置示意圖

圖10 擠出/壓片減速器示意圖

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(jī)外邊。減速機(jī)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。

3.3 外配套件

本機(jī)的外配套件主要有電機(jī)（根據(jù)煉膠車間的工作特點(diǎn)，選用防護(hù)等級為IP54 的電機(jī)）、位移傳感器、微波料位儀、干油泵和軸承等。外配套件的選擇，主要基于以下原則：

（1） 均為國內(nèi)外一線品牌，性能好，可靠性高；

（2）對整機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或工作性能影響大的件，選用更為可靠的國外品牌，如日本的微波料位儀、意大利的位移傳感器等。

（3）盡量與密煉機(jī)主機(jī)相一致。

根據(jù)雙螺桿擠出壓片機(jī)的工作特點(diǎn)，本機(jī)不配置水溫控制裝置，設(shè)備預(yù)留冷卻法蘭接口，可直接連用戶的工業(yè)自來水（須進(jìn)行充分的過濾）進(jìn)行冷卻。

4 本機(jī)主要特點(diǎn)

對比開煉機(jī)等傳統(tǒng)的密煉機(jī)輔機(jī)，本機(jī)具有如下的特點(diǎn)：

（1）將密煉機(jī)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；

（2）避免了因工人操作水平不同對煉膠質(zhì)量的影響；

（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(jī)操作，安全性好；

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

（7）與膠料接觸部位全部通水冷卻，降低從密煉機(jī)排下的膠料溫度；

（8）自潔性好，便于更換膠種；

（9）壓片裝置前擋膠板三維立體造型，使擠出膠片兩側(cè)光滑；

（10）結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝維護(hù)，操作安全簡便。

5 應(yīng)用

和輪胎企業(yè)的270 L等大型煉膠生產(chǎn)線一樣，本機(jī)可以配套160 L密煉機(jī)進(jìn)行如下的生產(chǎn)線應(yīng)用：密煉機(jī)放置在一樓半的平臺上，本機(jī)的加料槽與密煉機(jī)平臺對接以保證密封環(huán)保性。壓出的膠片通過后續(xù)的膠片冷卻機(jī)進(jìn)行聯(lián)系冷卻、疊放，在定量裁斷后轉(zhuǎn)下道工序使用。參見圖11。

圖11 250擠出壓片機(jī)應(yīng)用示意圖

6 結(jié)束語

XJY-SZ602×250橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)，可替代開煉機(jī)配套160 L及其附近規(guī)格的密煉機(jī)（含切線型和嚙合型轉(zhuǎn)子）使用。該機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，自動化程度高，可節(jié)省用戶的人力資源等成本，并可大幅改善煉膠車間的環(huán)保情況，繼而提高橡膠制品企業(yè)的盈利能力和市場競爭力。另外，如果配套開煉機(jī)作為下輔機(jī)，160 L密煉機(jī)需要兩臺以上的開煉機(jī)，設(shè)備采購成本也比擠出壓片機(jī)要高得多。

橡膠機(jī)械始終是為橡膠制品企業(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(jìn)的設(shè)備，以為橡膠制品企業(yè)的快速發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級做出更大的貢獻(xiàn)。

Design and development of 250 rubber extrusion sheeting machine

Han Bangkuo,Zhang Jin,Zhou Renzhong,Gao Yuru
(Dalian rubber and plastic machinery co., Ltd., Dalian 116039,Liaoning,China)

This paper introduces the main technical parameters, working principle, main technical characteristics, etc of 250 rubber extrusion pelleting machine that the "Dalian rubber and plastic" design independent. Its main advantages are: continuous tabletting output, stable quality of rubber mixing, environmental protection, eliminating the mixing machine, etc.

rubber goods;automation;environmental protection;250;extrusion sheeting machine

TQ330.44

1009-797X(2016)05-0038-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.05.008

韓幫闊（1982-），男，2004年畢業(yè)于青島科技大學(xué)，高級工程師，現(xiàn)主要從事密煉生產(chǎn)線設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)工作，已發(fā)表論文14篇，獲批國家專利10項(xiàng)，并負(fù)責(zé)編寫了第三版《橡膠工業(yè)手冊》的橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)部分。

2014-03-14