淺談F270密煉機的轉子、上頂栓國產化

彭森明

(廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東 廣州 511400)

淺談F270密煉機的轉子、上頂栓國產化

彭森明

(廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東 廣州 511400)

F270密煉機混煉室裝配精度、轉子的結構和質量直接影響煉膠品質。煉膠周期的長短主要由煉膠工藝條件、轉子質量、轉子的結構、冷卻效果、混煉室壁間隙和上頂栓砣體對膠料的壓力決定，在相同的四棱ST轉子的結構、相同的工藝配方、相同的混煉排料溫度條件下,上頂栓壓力的不足或過太會使混煉時間延長或縮短。只有在主機總成的各精度間隙達標同時，維持上頂栓穩(wěn)定的氣壓,才能煉出好膠料,才能縮短混煉周期,提高混煉效率,而轉子質量好,裝配精度高有助于提升煉膠質量和煉膠產量。我公司采用國產轉子及氣動上頂栓，投入使用后取得較好效果。

轉子；精度；間隙；活塞；氣壓；效率

F270密煉機為英國法勒爾80年代的產品，我公司投入生產使用有20多年，從使用至今基本為三班運轉生產。曾經在大連橡機開發(fā)了一對新轉子，投入試用，其轉子進出口冷卻水溫差為2～3 ℃，且混煉膠分散均勻無熟粒，檢驗各項指標為合格。

近幾年隨著白炭黑不斷增大，白炭黑對主機井口內腔壁的腐蝕越來越大，前幾年出現井口側壁眼鏡板、混煉室內圓弧壁、轉子棱峰磨損量增加。幾年前安排做過全面的大修理。但未改上頂栓氣缸和活塞。

1 2010年6月主機大修和上頂栓改造前

根據有關專業(yè)資料，一般進口轉子壽命為7～8年，國產轉子壽命為3～5年，但進口轉子較昂貴，決定采購國產轉子。 因此，我公司提出立項大修改造，尋找國內做轉子的專業(yè)廠，經對國內多家夠資格的廠家了解，發(fā)出招標書，進行比質比價和比貨期比信譽，在華南地區(qū)找到一家專業(yè)橡機廠定做一對四棱ST轉子。

2010年出現前轉子漏水和上頂栓氣缸活塞氣壓偏低和煉膠時間偏長現象，經分析，主要是由于上頂栓的活塞受浮動煉膠時的沖擊引起漏氣竄氣。據生產計劃員反映，在此期間上頂栓較常出現上頂栓上升慢，氣壓不穩(wěn)定和氣壓不足現象， 實際壓力與設定壓力偏差0.2 MPa，出現煉膠時間偏長和生產效率降低等現象， 有時煉膠膠料不均勻現象。對于煉膠壓力不穩(wěn)定，經多次拆上頂栓活塞修改和加套臨時解決，都未能從根本上徹底解決問題，經檢查測量發(fā)現其上頂壓砣磨損嚴重，與井口配合間隙偏大；活塞桿與活塞連接部位因受撞擊，已作過多次修理，出現竄氣、漏氣。2010年上半年對F270密煉機主機實施更換轉子和改上頂栓活塞項目。

上頂栓氣缸改造前，原裝活塞結構為舊式“L”型密封結構（如圖1），其使用周期短，易損壞，漏氣頻繁；氣缸活塞壓蓋易松脫，加速了密封件損壞，引起故障頻繁。

2 拆前測量各相關尺寸

（1）拆前測出井口尺寸的測量井口，889.4 mm× 458.8 mm，間隙偏大（如圖2）。

（2）拆前測量轉子與混煉室間隙，前轉子（投料）：9.2 mm 后轉子：8.9 mm；轉子端面與側板間隙為前轉子出水端1～1.3，前轉子傳動端2.1～2.77，后轉子出水端0.9～1.17，后轉子傳動端1.45～1.5，與標準相比后轉子傳動的間隙偏小。兩轉子長棱之間的間距標準間隙偏大，后轉子長棱與下頂栓的間隙偏大（如圖3）。

圖1 F270上頂栓L型活塞密封結構

圖2 原進口F270主機井口裝配圖

圖3 原進口F270主機轉子結構及水端裝配圖

（3）密煉機國產四棱ST轉子安裝時相位。兩轉子間的相位關系對混煉效果影響很大，為保證混煉膠料的同一性，兩轉子必須保持相同的相位。理論和實踐驗證兩轉子之間的相位為180°，轉子安裝時，水端后轉子長棱與前轉子短棱同時在時針12點正。

（4）同步轉子密煉機優(yōu)點是：吃料能力快，剪切、撕裂及拉伸等作用均較強；混煉效果好；炭黑分散度高；同一車膠料之間和各批次膠料之間的均勻性好、溫差??；消耗的功率峰值較大，混煉時間短，生產效率高，單位能耗低；適應各種配方混煉或混合。通過光掃描數據獲得新開發(fā)的四棱ST轉子有關數據。

本次大修前，委托國內橡機專業(yè)廠開發(fā)新轉子，一方面節(jié)約資金，縮短加工交貨時間，另一方面提高裝配精度，延長使用壽命， 減少故障停機，提高煉膠質量和效率。新轉子要求裝于軸承位的錐形軸位置，轉子棱頂堆焊5 mm硬質合金，新轉子工作體兩端面加工打磨達到原尺寸，加工精度及表面光潔度達到裝配要求。

要求新做轉子與兩端面耐磨板裝配間隙：傳動端1.8～2 mm，出水端0.9～1.1 mm。轉子與混煉室間隙8.9，轉子軸向串動量在0.1～0.2 mm范圍，出水端軸承徑向游隙在0.12～0.2范圍。排料溫度小于180 ℃，冷水溫小于40 ℃，誤差±3 ℃。

通過激光掃描儀對舊的F270轉子進行掃描，繪制電子圖，對轉子棱峰和圓弧過渡曲線掃描，此外還采用23塊轉子橫斷面模板，確保圓弧曲線的完整性。

3 改進F270上頂栓氣缸的目的及措施

改上頂栓的目的是恢復或提高密煉機壓料系統(tǒng)精度、降低故障停機率，保證煉膠質量和產量、降低維修工作強度。提高精度可使上頂栓砣體與井口側板之間隙為2～2.5 mm，延長使用壽命。

壓料部分主要由上頂栓砣體和推動上頂栓做上、下往復運動的氣缸組成，各種物料從加料口加入后，關閉進料門，由氣缸操縱上頂栓砣體將物料壓入混煉室中，并在煉膠過程中給物料一定的壓力來加速煉膠過程。其主要作用是給膠料一定的壓力，加速煉膠過程，提高煉膠效果。

經細心分析煉膠時間偏長的主要原因是上頂栓竄氣，氣壓不足所致。上頂栓壓力不足會延長混煉時間。所以增大上頂栓壓力有利于提高混煉質量和縮短混煉周期，但上頂栓壓力提高到一定后，再進一步提高壓力，并不能明顯縮短混煉周期。上頂栓壓力低時，膠料經常發(fā)生滑動，導致剪切應力和剪切速度的下降，從而減少膠料的分散作用，延長混煉時間。上頂栓控制原理（如圖4）。

圖4 F270上頂栓氣路控制圖

上頂栓對膠料單位壓力。一般加工硬料的上頂栓壓力比加工軟料的頂栓壓力要高。做母膠和終煉膠按工藝條件，預先設定上頂栓砣體氣缸氣壓，做母煉膠時，0.6～0.8 MPa，做再煉膠為 0.5 MPa，2010年上半年，因上頂栓氣缸竄氣，做母煉膠氣壓降為0.6 MPa，最低時出現0.4 MPa。由于氣壓偏低，升溫慢，每份煉膠時間偏長，我們只好拆開上頂栓大氣缸上蓋進行檢查，發(fā)現密封壓蓋松動，L型密封件有少量磨損。更換了相同的L型密封件上緊壓蓋后，只能維持3周的生產，隨后慢慢出現類似上次情況，煉膠效率低，隨著時間的推移，這種現象越來越嚴重，為此我們決定對上頂栓砣體進行更新，活塞桿、氣缸缸筒、活塞結構進行改造。

為杜絕竄氣漏氣，改進上頂栓活塞結構，使上頂栓壓力穩(wěn)定，減少了密煉室內膠料的空隙，增加膠料之間的接觸面，并減少了膠料與密煉室內壁及膠料與轉子表面的滑動。所以上頂栓壓力的穩(wěn)定能間接的導致較高的剪切應力，加速分散過程，從而縮短混煉時間。本次改造還重新制做上頂栓導桿位置顯示系統(tǒng)，并考慮導桿穩(wěn)固耐用和導桿與混煉室的密封。

改進措施是測量原上頂栓砣體、活塞、缸筒等尺寸，對上頂栓活塞桿和活塞密封結構和尺寸作改進，同時換了氣缸底緩沖墊。上頂栓與物料接觸的表面，堆焊了耐磨合金，增加了耐磨性，延長壽命。

本次委托江蘇一家橡機專業(yè)廠加工了上頂栓活塞砣體，采取新制Φ560氣缸，原內徑為Φ558。8改為Φ560，其余尺寸不變。壓砣周邊焊合金，上頂栓新做活塞桿由Φ114改為Φ115；上頂栓活塞原內徑為Φ558.8由改為Φ560，原為使用L型圈形式，改為使用Y型圈形式；導向環(huán)改為青銅材質，上下導向銅環(huán)Φ114+0.3改為Φ115+0.3；原由4個M16螺栓孔改變45度角方向后另增加4個M16螺栓孔；活塞桿上銷孔由Φ51×54上孔改為Φ52圓孔。保持砣體擺動自由狀態(tài)，砣體上的銷釘外徑由Φ44.4改為Φ45，安裝時銷釘兩邊銅套改為內孔Φ45×Φ72。銷釘上增加螺栓M30，通過螺母鎖住，砣體兩側再通過壓蓋螺栓封住。改進后的氣缸活塞活塞桿結構（如圖5、圖6）。

圖5 改進后的氣缸和活塞結構圖

圖6 砣體與活塞桿裝配圖

4 試空機時出現的問題及處理方法

（1）試空機時出現的問題

本次換轉子后，試機時起初轉子端面與混煉室側壁耐磨板發(fā)生摩擦，出現后轉子軸承外圈壓蓋未壓平，造成轉子向水端竄動引起摩擦。經拆出水端壓蓋發(fā)現機加工墊圈厚薄不均，是由于車床加工精度問題，引起壓蓋壓軸承座壓不平。測量軸承游隙，測量發(fā)現軸承游隙比原來安裝的游隙少了0.10 mm以上，根據軸承錐度1：12，所以少了0.10 mm，轉子就是向水端前進了1.2 mm。

圖7 轉子水端軸承裝配圖

（2）分析產生摩擦的原因

拆開內圈壓蓋時，發(fā)現內圈壓蓋螺絲打得太緊，造成轉子有向水端抽的趨勢。所以試機時，造成內圈壓蓋把轉子向對端方向抽，造成轉子與側板的間隙很小，引起摩擦。

（3）處理措施

把內圈壓蓋的螺絲全部打松，拆出內圈壓蓋，用高壓油槍，把軸承打松，重新調節(jié)軸承游隙。由于內圈壓蓋在打不緊的情況下，會造成漏水，打的太緊會出現同樣的問題，所以決定在轉子軸頭端面和內圈壓蓋之間加一塊塑料墊，墊的厚度超過軸承內圈端面0.50 mm，這樣就可以保證打緊內圈壓蓋的同時又不會造成對轉子抽的太緊，造成轉子向水端方向抽的現象。在打松軸承的同時在轉子和側壁之間放入一塊1 mm厚的鐵皮，以保證在調節(jié)軸承游隙打緊內圈壓蓋螺絲時轉子與側壁之間的間隙。調節(jié)好后，進行盤車，未發(fā)現轉子向水端方向移動。

（4）試機檢測結果

經重新調整后，試機時經再精心調整，未出現轉子與側壁摩擦現象，試機后重新測量轉子與混煉室的各個參數，其結果如表1。

從表1上的數據可以看出，本次主機大修換前后新的四棱ST轉子后，兩端間隙都符合標準要求，試機正常后交付生產正常運作。

表1 換新轉子后兩端間隙檢測表

5 換新開發(fā)的轉子及改上頂栓氣缸后的效果

經過了將近10天的主機大修拆裝調整工作，順利地把主機大修中的各個任務都很好地完成，間隙和精度等各方面的要求也達到要求，特別是在安裝軸承過程中采用的預裝方法，能夠很好的縮短了軸承安裝時間，有利于提高整個大修的進度。在本次換轉子的同時還進行上頂栓和氣缸改造更新。經過改造后，上頂栓煉膠氣壓穩(wěn)定，能極大地縮短換密封件檢修時間，降低故障停機率，實現穩(wěn)定生產。對今后幾年內，能繼續(xù)高效、可靠、長周期擔負煉膠生產的主要任務。

（1）2010年技術質量部煉膠工藝統(tǒng)計數據（見表、2、表3）

表2 主機大修換新轉子和改上頂栓前后膠料混煉效率對比表。

表2 大修前后混煉效率對比表

表3主機大修換新轉子和改上頂栓前后膠料炭黑分散對比表。

表3 大修前后膠料炭黑分散對比表

更換新開發(fā)的國產四棱ST轉子后，膠料的生產效率得到了較大程度的提高；更換新的四棱ST轉子后，前后膠料的炭黑分散值相當，個別膠種略有提高。

改進后，保持每批膠料之間的均勻性，適當改善混煉膠的分散度，縮短了混煉周期。據生產計劃員反映，由上頂栓故障較嚴重時由每份煉膠時間長達3 min， 改進后膠料升溫較快， 由3 min降至2 min達到工藝要求，并能較長時間穩(wěn)定生產（至少1年以上），按總的煉膠效率折算，預計提高8%～15%，總的平均能耗節(jié)省8%以上。

（2）本次大修換新開發(fā)的轉子和改進上頂栓前后的效果（見表4）。

表4 改造前后效果對比表

（3）本次F270主機換新開發(fā)的四棱ST轉子和改進上頂栓氣缸效果

①本次加工的上頂栓活塞砣體費用共14.93萬元。一對轉子費用為36.8萬元，支付人工費用和拆裝材料損耗費用，估計3.3萬元 ，合計51.73+3.3=55.03萬元。

一對轉子和一套上頂栓加工費用與其它國外廠家相比，估計節(jié)約資金60萬元人民幣以上。

②若按提高10%效率計算，按班產可多創(chuàng)造效益。

7 h/班×60 min×60 s/145 s×197.8 kg×10%

=3 437 kg/班；

每年多創(chuàng)收3 437 kg/班×（3班×30天-5班）×12=3 505 740 kg/年=3 505.7（t/年）；

若煉膠加工每噸膠的價值為30元/t；

則每年多創(chuàng)收3 505.7 t/年×30元/t=105 171元=10.5萬元/年。

③按5年大修周期計算，10.5萬元/年×5年=52.5萬元；

估 算 5年 總 創(chuàng) 收 效 益 為 (60-55.03)+52.5= 57.47萬元。

6 結束語

F270密煉機主機總成及其轉子，在國內已有成熟技術，國產化可節(jié)省大筆資金。目前也有一份企業(yè)為節(jié)省資金，仍維持老式的氣壓上頂栓結構，其特點上頂栓壓膠壓力大，響應速度快，氣壓可調，在投料斗周圍較少油污。

從多年使用密煉機來看，氣壓上頂栓壓力不如液壓上頂栓平穩(wěn)。我司已逐步安排將上頂栓結構由氣壓式改為液壓式。氣壓式、液壓式上頂栓可以確保煉膠質量穩(wěn)定，對提高煉膠效率大有好處。目前上頂栓控制方式的發(fā)展趨勢是液壓式控制方向發(fā)展。將F系列密煉機上頂栓改為液壓式上頂栓，有利于提高煉膠過程的穩(wěn)定，促進膠料質量的穩(wěn)步提升。

[1] 《F270密煉機》安裝維修手冊，原制造廠家為英國FARREL.

Talk on localization of rotor and ram of F270 mixer

Talk on localization of rotor and ram of F270 mixer

Peng Senming
(Guangzhou Huanan Rubber Tire Co., Ltd., Guangzhou 511400, Guangdong, China)

Mixing chamber assembly precision, structure and quality of the rotor of F270 mixer have direct impacts on the quality of mixing. The length of the mixing cycle is mainly determined by the pressure mixing process conditions, rotor mass, rotor structure, cooling effect, mixing chamber wall gap and pressure of ram to the compound. Under the condition of same quadrangular ST rotor structure, same formula and same mixing discharge temperature conditions, Inadequate or excessive ram pressure will extend or shorten the mixing time. Only precision gaps of the machine meet the standards while maintaining steady pressure on the ram, good rubber compound can be mixed, the mixing cycle can be shortened, and the mixing efficiency can be improved. Rotor with good quality and high assembly precision may help improve mixing quality and production. Our company adopts domestic rotor and the pneumatic ram, and achieves good results.

rotor; accuracy; space; piston; air pressure; efficiency

TQ330.4

1009-797X(2015)15-0033-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.15.009

彭森明（1962-），男，高級工程師，學士，曾主要從事成型、壓延、密煉等多種子午線輪胎制造設備的安裝調試、現場管理、維修維護和技術改造工作。

2014-08-14