適用于白炭黑煉膠工藝的320 L嚙合型密煉機(jī)

張仁廣，于江，郝海龍，劉麗

(大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116036)

適用于白炭黑煉膠工藝的320 L嚙合型密煉機(jī)

320 L meshing mixer for white black rubber mixing process

張仁廣，于江，郝海龍，劉麗

(大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116036)

介紹了一種為滿(mǎn)足白炭黑煉膠工藝的嚙合型密煉機(jī)，詳細(xì)介紹了白炭黑煉膠工藝對(duì)設(shè)備的要求，以及為滿(mǎn)足這些要求，對(duì)設(shè)備所作出具有針對(duì)性的改進(jìn)和特殊處理；同時(shí)還介紹了該設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。

白炭黑；嚙合；轉(zhuǎn)子；恒溫?zé)捘z；密煉機(jī)；結(jié)構(gòu)

近15年來(lái)，由于歐洲和北美對(duì)環(huán)保和節(jié)能要求日益嚴(yán)格，對(duì)輪胎提出了新的要求，即所謂的“綠色輪胎”，綠色輪胎具有彈性好、滾動(dòng)阻力小、耗油低、生熱低、耐磨、耐穿刺、承載能力大、乘坐舒適等優(yōu)點(diǎn)，是以后輪胎市場(chǎng)的發(fā)展方向；而滿(mǎn)足生產(chǎn)出綠色輪胎的必要條件是在煉膠環(huán)節(jié)中添加一種必不可少的原料——白炭黑，其主要成分是二氧化硅多水化合物。由于白炭黑的物理特性和化學(xué)特性，其在煉膠過(guò)程中也對(duì)煉膠設(shè)備提出了新的要求，要求煉膠設(shè)備能滿(mǎn)足工藝需要，使煉膠效果達(dá)到制造綠色輪胎的要求。

在這個(gè)前提要求下，大連橡膠塑料機(jī)械有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)大橡塑）根據(jù)市場(chǎng)走向，適時(shí)的開(kāi)發(fā)出了適合白炭黑工藝的320 L嚙合型密煉機(jī)，同時(shí)由于320 L嚙合型密煉機(jī)的生產(chǎn)能力與270 L切線型密煉機(jī)的生產(chǎn)能力相當(dāng)，并且嚙合型密煉機(jī)具有更好的煉膠質(zhì)量，所以可以廣泛替代目前的切線型270 L密煉機(jī)。

下面就簡(jiǎn)單介紹一下320 L 密煉機(jī)的主要結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。

1 白炭黑煉膠工藝對(duì)密煉設(shè)備的要求

由于白炭黑的主要成分是二氧化硅多水化合物，其本身并不能使輪胎性能更好，需要在膠料中加入一種配合劑——硅烷，其具有很強(qiáng)的活性，不允許與氧氣和水接觸，據(jù)有相關(guān)資料介紹，膠溫在145~155 ℃時(shí)硅烷化效果最好，而就煉膠工藝而言，白炭黑的分散主要發(fā)生在混煉初期，為得到好的硅烷化效果，最主要是依賴(lài)于溫度，膠溫高的情況下，可以縮短混煉時(shí)間，并提高生產(chǎn)效率，但又要防止過(guò)硫反應(yīng)。所以理想的煉膠條件是：煉膠溫度的有效控制與保持、密煉空間內(nèi)溫度的均一性，即恒溫?zé)捘z。

另外，由于白炭黑自身較高的物理硬度，對(duì)設(shè)備的磨損比較嚴(yán)重；同時(shí)硅烷化反應(yīng)的附加產(chǎn)物對(duì)設(shè)備有一定的影響，所以膠料接觸面必須要進(jìn)行耐磨耐腐蝕 處理。

綜上所述：適用白炭黑煉膠工藝的密煉設(shè)備必須要具備很好膠料分散性，溫度控制靈敏性、以及恒溫保持與均一性，實(shí)現(xiàn)恒溫?zé)捘z；密煉室、轉(zhuǎn)子、卸料門(mén)、壓砣等與膠料接觸面必須耐磨耐腐蝕。

2 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

密煉室總?cè)莘e：326 L ；

有效容積：212 L（填充系數(shù)0.65）；

轉(zhuǎn)子形式：嚙合型轉(zhuǎn)子；

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：5~50 r/min，速比1:1；

主機(jī)功率：1 500 kW；

壓砣壓力：0.06~0.6 MPa（液壓上頂栓）。

3 主要部件介紹

該320 L密煉機(jī)由加料裝置、壓料裝置、密煉裝置、卸料裝置、鎖緊裝置、端面密封裝置、液壓站、溫控單元、潤(rùn)滑系統(tǒng)等主要部件組成，值得注意的是，該型號(hào)的密煉機(jī)沒(méi)有傳統(tǒng)密煉機(jī)中的大底座。

3.1 壓料裝置

壓料裝置雙立柱導(dǎo)向桿結(jié)構(gòu)，同樣采用雙油缸對(duì)角線布置的驅(qū)動(dòng)方式，油缸活塞桿一側(cè)鉸接在橫梁上，缸體一側(cè)鉸接在連接座上；壓砣與推桿仍然采用法蘭剛性連接方式，冷卻水管在推桿中間與壓砣相連接，能有效保證冷卻水不滲漏。壓砣采用單面坡結(jié)構(gòu)，底面為V型結(jié)構(gòu)，在四角處安裝有可以更換的耐磨條。

在壓料裝置中還可以配備外置式位移傳感器，可以在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中即時(shí)顯示并控制壓砣的位置。參見(jiàn)圖1。

圖1 壓料裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 加料裝置

在加料裝置中，其左右側(cè)墻、后墻、上梁等均采用了整體厚鋼板結(jié)構(gòu)，替代了以往的薄鋼板焊接結(jié)構(gòu)，使加料裝置不但外形簡(jiǎn)單整潔，還加強(qiáng)了整體的強(qiáng)度，能有效防止變形。整個(gè)加料裝置的后墻板設(shè)有炭黑投料口，左右側(cè)墻預(yù)留有輔助投料口。另外，該機(jī)臺(tái)加料裝置的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：料口寬度大于加料門(mén)寬度，由此形成的凸臺(tái)具有導(dǎo)向的作用，能有效限制壓砣在下壓過(guò)程當(dāng)中受彎矩而產(chǎn)生變形所帶來(lái)的影響。

為適應(yīng)白炭黑的煉膠工藝，整個(gè)加料通道內(nèi)表面同樣進(jìn)行了防腐蝕處理。參見(jiàn)圖2。

圖2 加料裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 密煉裝置

該機(jī)臺(tái)的密煉裝置采用了新型嚙合型轉(zhuǎn)子，大橡塑專(zhuān)利的加長(zhǎng)一體式焊接邊支架，液壓式端面密封。在轉(zhuǎn)子出水端安裝有軸向推力軸承，能有效保證轉(zhuǎn)子在工作狀態(tài)時(shí)軸向穩(wěn)定性，不會(huì)來(lái)回串動(dòng)。在出水端邊支架上安裝有一個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕?，以監(jiān)測(cè)膠料溫度；在密煉室上安裝有單向注油閥。在密煉室入口處四周同樣的安裝有耐磨板。參見(jiàn)圖3。

圖3 密煉裝置結(jié)構(gòu)示意圖

（1）密煉室

密煉室采用薄壁筒焊接結(jié)構(gòu)，為保證強(qiáng)度，在薄壁筒圓周方向上焊接了加強(qiáng)筋板。其中密煉室壁體毛坯為整筒鍛造結(jié)構(gòu)，能有效保證室壁體質(zhì)量。 參見(jiàn)圖4。

圖4 密煉室結(jié)構(gòu)示意圖

（2）邊支架

邊支架為焊接件，采用加高一體落地式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為大橡塑公司專(zhuān)利，為安裝鎖緊裝置提供空間和基礎(chǔ)。參見(jiàn)圖5。

圖5 邊支架結(jié)構(gòu)示意圖

（3）新型嚙合型轉(zhuǎn)子

該密煉機(jī)采用了新型嚙合型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子體為合金鋼鑄件結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子軸鍛造。

該新型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)子棱的布局設(shè)計(jì)有利于膠料在密煉空間里從轉(zhuǎn)子兩側(cè)向中間推進(jìn)，改善了轉(zhuǎn)子在煉膠過(guò)程中軸向的受力情況，加大了膠料在密煉室里往復(fù)折返空間，有利于膠料的攪拌與混合；同時(shí)轉(zhuǎn)子棱截面的設(shè)計(jì)以及棱的布置增大了轉(zhuǎn)子間的嚙合區(qū)域，增加了膠料在轉(zhuǎn)子棱間的嚙合作用，有利于膠料的分散與均勻?？梢哉f(shuō)，該轉(zhuǎn)子的煉膠效果達(dá)到了一個(gè)新的層次。參見(jiàn)圖6。

圖6 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 卸料裝置

卸料裝置采用了雙齒條齒輪下落式排料方式，有齒輪齒條油缸驅(qū)動(dòng)卸料門(mén)軸，帶動(dòng)卸料門(mén)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)與開(kāi)門(mén)動(dòng)作。整個(gè)裝置主要由卸料門(mén)，焊接式卸料門(mén)座，卸料門(mén)軸，卸料油缸等主要部分組成。

卸料門(mén)為加長(zhǎng)式結(jié)構(gòu)，與擋圈接觸密封，在門(mén)體中間帶有2個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕肌Ｐ读祥T(mén)軸采用了階梯狀設(shè)計(jì)，安裝時(shí)只能從出水端向傳動(dòng)端插入，該方式既方便安裝與拆卸，同時(shí)也限制了卸料門(mén)軸軸向串動(dòng)。參見(jiàn)圖7。

圖7 卸料裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.5 鎖緊裝置

鎖緊裝置采用了新型鎖緊結(jié)構(gòu)（該結(jié)構(gòu)已經(jīng)成功申請(qǐng)專(zhuān)利），其固定方式不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因該320 L密煉機(jī)沒(méi)有大底座，所以整個(gè)鎖緊裝置通過(guò)鎖緊底座固定在密煉裝置的左右邊支架上。

該結(jié)構(gòu)中的鎖緊底座采用焊接式結(jié)構(gòu)，最大限度的減少螺栓連接方式，以避免產(chǎn)生螺栓松動(dòng)的問(wèn)題。

該鎖緊結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：由于鎖緊裝置在工作當(dāng)中所受沖擊力較大，這些沖擊力來(lái)源于密煉裝置，通過(guò)卸料裝置傳遞給鎖緊裝置，而整個(gè)鎖緊裝置又是固定在邊支架上，所以到最后，力又傳遞到密煉裝置上，從外部看，整個(gè)裝置的受力情況是封閉的。這個(gè)結(jié)構(gòu)可以說(shuō)從根本上解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中將鎖緊裝置固定在大底座的螺栓的松動(dòng)問(wèn)題。

同時(shí)該結(jié)構(gòu)嚴(yán)格控制了鎖緊油缸的行程，使鎖緊最大行程不會(huì)超過(guò)曲拐鎖緊時(shí)的死點(diǎn)，以避免產(chǎn)生過(guò)鎖現(xiàn)象，造成不必要的麻煩。參見(jiàn)圖8。

圖8 鎖緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.6 端面密封裝置

本機(jī)的端面密封裝置采用油壓式密封結(jié)構(gòu)。每套密封裝置采用3油缸推動(dòng)定圈，一臺(tái)設(shè)備上的4套密封裝置共12個(gè)油缸，所有端面密封油缸的液壓管路是相通的，有效保證工作狀態(tài)下各個(gè)密封面密封壓力一致。

每套密封裝置的潤(rùn)滑有接觸面潤(rùn)滑油與工藝軟化劑之分，其中潤(rùn)滑油3個(gè)點(diǎn)，工藝軟化劑2個(gè)點(diǎn)，能有效保證潤(rùn)滑與密封效果。另外，定圈通水冷卻，有效降低了密封面工作時(shí)的溫度，延長(zhǎng)了動(dòng)定圈的使用壽命。該機(jī)臺(tái)動(dòng)定圈的搭配方式為合金與合金的搭配方式。參見(jiàn)圖9。

圖9 端面密封裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 主要技術(shù)特點(diǎn)

為滿(mǎn)足白炭黑煉膠工藝，本機(jī)臺(tái)與膠料接觸部分進(jìn)行了硬化處理，包括壓砣底部的V型面，密煉室內(nèi)表面、擋圈、卸料門(mén)，以及加料口通道內(nèi)壁，均采用特殊的硬質(zhì)合金及特殊的堆焊工藝，以保證耐磨性和耐腐蝕性。

同時(shí)為提高冷卻效果及冷卻控制，壓砣，卸料門(mén)，密煉室以及擋圈均采用鉆孔冷卻方式，并且改進(jìn)鉆孔冷卻流道結(jié)構(gòu)，增加了冷卻面積，并減少了冷卻水流通阻力，以達(dá)到冷卻效果和恒溫控制性能。

為更好的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的冷卻效果，轉(zhuǎn)子的冷卻方式為強(qiáng)制循環(huán)冷卻，其冷卻流道由不封閉的C形環(huán)流道串聯(lián)而成，環(huán)與環(huán)之間由小角度螺旋槽流道過(guò)渡。該結(jié)構(gòu)增大了冷卻面積，能有效的保證和控制轉(zhuǎn)子整體的冷卻效果。轉(zhuǎn)子表面進(jìn)行了耐磨耐腐蝕處理，堆焊了特殊材質(zhì)的微裂紋合金，并且采用獨(dú)有的堆焊工藝使其比普通的硬質(zhì)合金更加耐磨，更能滿(mǎn)足白炭黑的煉膠工藝要求。

為更好的監(jiān)測(cè)煉膠溫度以及控制，使密煉空間內(nèi)的膠料溫度保持一致，實(shí)現(xiàn)恒溫?zé)捘z，該設(shè)備共安裝3個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕迹鏊诉呏Ъ苌?個(gè)，卸料門(mén)上2個(gè)，用來(lái)控制及輔助檢測(cè)煉膠溫度以及控制密煉機(jī)排膠。

5 結(jié)語(yǔ)

大橡塑320 L嚙合型密煉機(jī)是專(zhuān)門(mén)為滿(mǎn)足白炭黑煉膠工藝要求而研制的一種密煉機(jī)，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上和工藝上作出了相應(yīng)的改進(jìn)和創(chuàng)新，大大提高了設(shè)備性能，能有效實(shí)現(xiàn)恒溫?zé)捘z，滿(mǎn)足白炭黑煉膠工藝的需要。同時(shí)其生產(chǎn)能力與270 L切線型密煉機(jī)的生產(chǎn)能力相當(dāng)，并且嚙合型密煉機(jī)具有更好的煉膠質(zhì)量，具有廣泛的適用性。

（R-01)

TQ330.43

1009-797X(2016)07-0023-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.07.006

張仁廣（1980-），男，高級(jí)工程師，畢業(yè)于東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，現(xiàn)主要從事密煉機(jī)、擠出壓片機(jī)等的設(shè)計(jì)工作，Buzuluk公司密煉機(jī)項(xiàng)目組中方負(fù)責(zé)人，已累計(jì)在捷克工作近9個(gè)月。

2016-01-20