葉峰

(杭州中策清泉實(shí)業(yè)有限公司，浙江 杭州 311404)

密煉機(jī)煉膠工段不僅是橡膠輪胎制品企業(yè)中高能耗、高污染的環(huán)節(jié)，更是關(guān)乎制品質(zhì)量優(yōu)良最重要的工段。典型密煉機(jī)生產(chǎn)線主要由密煉機(jī)、擠出壓片機(jī)或開煉機(jī)、膠片冷卻機(jī)組成。經(jīng)過密煉機(jī)混煉或者終煉排出的不規(guī)則團(tuán)狀膠料，直接排放到擠出壓片機(jī)或兩輥開煉機(jī)上后，經(jīng)膠片冷卻機(jī)冷卻、吹干、疊片后，完成煉膠工藝流程。早期密煉機(jī)的下輔機(jī)主要由2~3臺開煉機(jī)完成壓片工作，如圖1所示，開煉機(jī)進(jìn)行壓片具有安全性能差、占地空間大、自動化程度低、生產(chǎn)效率低，期間伴隨產(chǎn)生粉塵、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）、高芳烴類等煙氣污染物對環(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，從而造成膠片質(zhì)量不穩(wěn)定等短板問題。

20世紀(jì)90年代開始，橡膠錐形雙螺桿擠出壓片機(jī)在橡膠制品廠大面積推廣應(yīng)用，如圖2所示，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：整個(gè)系統(tǒng)全封閉生產(chǎn)，環(huán)保清潔，安全高效；將間歇式混煉轉(zhuǎn)化為連續(xù)式混煉，通過與密煉機(jī)、膠片冷卻機(jī)之間的電氣聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)無人全自動連續(xù)生產(chǎn)，自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。國外多家大型輪胎企業(yè)，如日本普利司通、日本住友等輪胎廠，基本全部采用擠出壓片機(jī)做為密煉機(jī)下輔機(jī)。隨著輪胎企業(yè)對無人化、自動化、智能化、綠色環(huán)保要求的提高，橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)已經(jīng)越來越多的應(yīng)用于煉膠工段上來。也困擾我公司多年，針對此問題，我們與設(shè)備廠家一起進(jìn)行了持續(xù)的分析、改進(jìn)工作，本文主要就膠邊質(zhì)量問題原因分析及解決措施進(jìn)行闡述.

1 錐形橡膠雙螺桿擠出壓片機(jī)工作原理

由密煉機(jī)煉好的膠料從排料口排出，通過順料槽，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(gè)螺桿的不斷變化的的強(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(gè)壓片輥筒之間，兩個(gè)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)生的壓縮比保證了擠出膠料的致密性，膠料經(jīng)過帶有漸變收口的擋膠板時(shí)被充分?jǐn)D壓，從而使輥筒壓出一定寬度一定厚度的膠片。

2 擠出壓片機(jī)膠邊質(zhì)量問題的影響

（1）嚴(yán)重污染現(xiàn)場環(huán)境。

（2）造成大量膠料浪費(fèi)。

（3）膠片冷卻機(jī)故障點(diǎn)多。膠片兩側(cè)的碎膠豆隨膠片進(jìn)入膠片冷卻機(jī)浸漿裝置后，碎膠豆大量脫落，容易造成軸承、輥筒、掛桿的故障，增加停機(jī)維修的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）影響生產(chǎn)過程的連續(xù)性。出片邊緣不整齊，質(zhì)量差，容易出現(xiàn)斷片。

3 膠邊質(zhì)量問題產(chǎn)生原因分析

3.1 煉膠工藝的影響

膠邊質(zhì)量和煉膠工藝相關(guān)性較大，同一臺擠出壓片機(jī)生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，膠片兩側(cè)的膠邊質(zhì)量半鋼膠料優(yōu)于全鋼膠料，二段混煉膠質(zhì)量優(yōu)于一段混煉膠質(zhì)量。主要原因是全鋼膠膠料配方一般以NR為主要配方，選用大量的高結(jié)構(gòu)、細(xì)粒徑的高補(bǔ)強(qiáng)炭黑，使得混煉膠門尼黏度高，硬度大，而且全鋼膠料較半鋼膠料油料填量低，膠料流動性能不好，膠片表面質(zhì)量不好，膠邊兩側(cè)容易出現(xiàn)缺口或者膠邊；一段混煉膠膠料的分散性和門尼黏度相對于二段混煉膠或者終煉膠差，因此兩側(cè)出飛邊或者膠豆的現(xiàn)象更嚴(yán)重。

3.2 擠出機(jī)和壓片機(jī)速度不匹配的影響

橡膠擠出壓片機(jī)的動作是通過PLC程序控制實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，另外還與煉膠生產(chǎn)線的上、下設(shè)備實(shí)現(xiàn)速度匹配控制，從而配合實(shí)現(xiàn)煉膠生產(chǎn)線的全線自動化生產(chǎn)。橡膠擠出壓片的速度控制主要通過以下部分實(shí)現(xiàn)：一部分是通過料位判斷膠料的高低位置對擠出速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在橡膠擠出壓片機(jī)上部的料槽中有兩到三組料位器，在工作過程中通過波料位器將檢測到的膠料位置信號傳送到電控部分，電控部分根據(jù)所采集到的料位信號調(diào)節(jié)螺桿的擠出速度，高料位采用高的擠出速度，低料位采用低的擠出速度，避免在料槽內(nèi)積存膠料過多；另一部分通過機(jī)頭壓力檢測，電控部分將根據(jù)當(dāng)前擠出速度或壓片速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，或是調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速，或是調(diào)節(jié)壓片速度，避免膠片在高壓狀態(tài)下被擠出，從而實(shí)現(xiàn)擠出速度與壓片速度匹配，使設(shè)備生產(chǎn)出連續(xù)且無飛邊的膠片。

擠出機(jī)速度和壓片機(jī)速度不匹配時(shí)，容易出現(xiàn)膠豆或者斷片的現(xiàn)象。如果擠出機(jī)速度過快，將會出現(xiàn)機(jī)頭壓力過大，多余的膠料從兩側(cè)擋膠板與輥筒之間的間隙溢出，出現(xiàn)飛邊或者膠豆的現(xiàn)象；如果擠出機(jī)速度過慢，壓片時(shí)膠片的密實(shí)度不夠，片的兩側(cè)容易出現(xiàn)大的缺口，嚴(yán)重時(shí)會斷片。

3.3 機(jī)頭擋膠板流道構(gòu)型影響

擋膠板是安裝在雙螺桿擠出壓片機(jī)機(jī)筒出口重要的擋膠部件，一般由上、下、左、右四塊擋膠板組成，如圖4所示，它將擠出機(jī)和壓片機(jī)形成一個(gè)相對封閉的受力空間，當(dāng)擠出的膠料經(jīng)擋膠板阻擋，而且膠料不斷擠出，壓力逐漸升高，產(chǎn)生的推積力使得膠料密實(shí)，形成一定寬度的膠片。機(jī)筒的出口大，左右擋膠板的最大的出口尺寸普遍小于機(jī)筒出口尺寸，導(dǎo)致左右擋膠板的走向趨于向內(nèi)收斂，內(nèi)腔流道不呈流線型，有突變區(qū)，存在死角，易產(chǎn)生積料。

3.4 左、右擋膠板與壓片機(jī)輥筒間隙的影響

壓片裝置上、下輥筒工作輥縫可根據(jù)出片厚度要求進(jìn)行調(diào)整，通常在3~10 mm之間。下輥筒固定，上輥筒通過電動調(diào)距裝置抬起或落下。由于左、右擋膠板與輥筒表面存在一定間隙，見圖5，左、右擋膠板的頭部厚度尺寸是按照最小輥縫3 mm設(shè)計(jì)制作的，由于下輥筒是固定的，下輥筒與擋膠板間隙值C、D值是固定的，一般是1 mm左右，而上輥筒與擋膠板間隙值B是變化的，當(dāng)空載運(yùn)行時(shí)，工作輥縫調(diào)整至最小3 mm時(shí)，帶載加入膠料后，由于輥筒軸承游隙、調(diào)距絲杠與調(diào)距螺母間隙、安全片與調(diào)距壓塊間隙的存在，上輥筒后抬高，最大可使得工作輥縫增加到5~6 mm，當(dāng)工作輥縫越大，間隙值B值越大，壓縮區(qū)域存在非常大的擠出壓力，膠料必然流向間隙，這是產(chǎn)生膠邊的主要原因。而且據(jù)現(xiàn)場觀察，大部分膠邊和膠豆也都是從上輥筒與擋膠板之間間隙處形成的。

4 解決措施

4.1 機(jī)頭壓力控制裝置的改進(jìn)

應(yīng)用壓力傳感器（LOAD CELL）技術(shù)，準(zhǔn)確檢測機(jī)頭壓力，下軸承座與支架之間在安裝時(shí)留有適量的間隙，兩側(cè)的間隙保持一致。調(diào)整如圖6所示，在壓片過程中，膠料對輥筒力的一部分通過輥筒作用在件10下軸承座上，并由件2傳力桿將壓力傳遞給件5壓力負(fù)荷傳感器，通過件11調(diào)整桿，調(diào)整件4棘輪可使壓力傳感器顯示值發(fā)生變化。當(dāng)兩側(cè)傳感器顯示值大約為300 kg時(shí)，將電控柜中傳感器的顯示值設(shè)置為0，此時(shí)表示兩輥筒之間的膠料壓力為0，另外通過電控程序設(shè)置一個(gè)臨界值2 500 kg（臨界值可根據(jù)各家生產(chǎn)膠料配方的門尼高低進(jìn)行修正），當(dāng)膠料的壓力通過傳感器反饋值大于臨界值2 500 kg時(shí)，提高輥筒的旋轉(zhuǎn)速度或降低螺桿的擠出速度使輥筒的速度與螺桿的速度匹配，確保機(jī)頭壓力在合適的范圍運(yùn)行，避免出現(xiàn)因速度不匹配造成的機(jī)頭壓力過大導(dǎo)致的飛邊和膠豆現(xiàn)象。該機(jī)構(gòu)自動化程度高、測量準(zhǔn)確、可靠性高、維修維護(hù)量少。

4.2 擋膠板的優(yōu)化改進(jìn)

膠料流經(jīng)機(jī)頭內(nèi)腔時(shí)，應(yīng)保證膠料流動均勻，出口截面各點(diǎn)的出膠速度一致，通過現(xiàn)場反復(fù)驗(yàn)證，先將出片寬度值取在800 mm~900 mm，可以保證兩側(cè)壓力的釋放。通過對擋膠板流道三維造型，將左、右擋膠板內(nèi)部流道設(shè)計(jì)呈流線型，不能急劇擴(kuò)大或縮小，造型光滑、沒有突變和死角，確保了壓力的均勻釋放，流道表面加工粗糙度加強(qiáng)。同時(shí)擋膠板的材料選擇要滿足強(qiáng)度和剛度要求，表面處理要滿足高耐磨性、高耐腐蝕性要求。通過優(yōu)化螺桿頭部結(jié)構(gòu)，降低膠料的擠出阻力，以確保螺桿前端膠料的流動性能，同時(shí)也降低了擠出機(jī)電流。

4.3 消除擋膠板與上輥筒間隙影響

一般情況下，膠豆和膠邊都是從上輥筒與左、右擋膠板間隙中漏出的，此處間隙隨著輥縫增加而增加。本次改進(jìn)項(xiàng)目，擋膠板頭部尺寸按照最小輥縫5 mm設(shè)計(jì)，滿足大部分混煉膠出片要求。通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)，消除輥筒軸承游隙、調(diào)距絲杠與調(diào)距螺母間隙、安全片與調(diào)距壓塊間隙的影響，使得空載狀態(tài)和帶料運(yùn)行時(shí)工作輥縫保持不變，不會出現(xiàn)帶載時(shí)上輥向上浮動的現(xiàn)象，避免了膠豆從上輥筒漏出的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

隨著整個(gè)橡膠行業(yè)的飛速發(fā)展 ，橡膠擠出壓片機(jī)將會應(yīng)用的越來越廣泛，用戶對裝備性能要求也會越來越高。本工作就近年來橡膠擠出壓片機(jī)的膠邊出膠質(zhì)量改進(jìn)與提高進(jìn)行了分析和梳理，以期對設(shè)備制造商和使用單位都能產(chǎn)生一定的借鑒意義 。