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嚙合型密煉機在管帶行業(yè)的應用
XMY系列嚙合型轉子密煉機的特點及在膠管膠帶行業(yè)中的應用
四川亞西橡塑機器有限公司
一、 前言
煉膠工藝是橡膠生產(chǎn)的*道關鍵工序，混煉膠料質量的好壞直接影響著橡膠制品的質量和性能。
橡膠混煉的質量主要取決于采用的混煉設備和相應的煉膠方法。設備和方法兩者互為因果，相輔相成、密不可分。而混煉的重要性在于，一道工序決定著橡膠制品zui終的質量性能，并對后續(xù)生產(chǎn)過程中的工藝性能也有著相當?shù)挠绊?。因此，常把橡膠混煉視為橡膠工業(yè)zui核心的技術之一。
橡膠混煉是將各種配料混入生膠中制成質量均勻的混煉膠的過程。是一個極為復雜的機械綜合加工工藝過程。是固體塊狀橡膠與顆粒填料以及液態(tài)粘稠材料的多相性的配混。在整個配混過程中，發(fā)生著四種不同的物理歷程變化：
1）、橡膠的塑性柔化；
2）、不同配合劑材料的攪拌混合；
3）、橡膠與配合劑材料的濕潤捏合；
4）、填料的微粉末化和橡膠混合物的均勻分散。
這四種物理歷程變化，通常是采用密閉式煉膠設備以擠壓、剪切和翻攪的方式，經(jīng)過加熱軟化、混合分散、均一滲透等程序來完成。所以，密煉機是橡膠工業(yè)極為重要的混煉設備。
我國橡膠工業(yè)近幾年取得了的迅猛發(fā)展，隨著膠料種類增加，特別是對高質量的膠料需求量增加，使嚙合型轉子密煉機的市場需求量也越來越大?，F(xiàn)將我公司XMY系列嚙合型轉子密煉機情況介紹如下。
二、 XMY系列嚙合型轉子密煉機
XMY系列嚙合型轉子密煉機是四川亞西橡塑機器有限公司于上世紀八十年代末，根據(jù)化工部橡膠司的安排，消化吸收國外K系列嚙合型密煉機技術，結合亞西多年設計、制造橡膠機械的經(jīng)驗和技術，于上世紀九十年代初開發(fā)研制成功、并通過國家橡膠檢測中心檢測鑒定的新型密煉機。九二年投入市場后，由于嚙合型轉子密煉機混煉速度快，生產(chǎn)效率高，冷卻效果優(yōu)于相切型，排膠溫度低，加工膠料的分散性、均勻性好。尤其適于煉制難混硬膠、高填充膠料。可運用于各種膠料的塑煉和混煉等優(yōu)勢，贏得了輪胎、制品、電纜、管帶、鞋材等行業(yè)廣大用戶的歡迎。
據(jù)資料介紹，目前在歐美等國家，嚙合型轉子密煉機79%用于膠管、膠帶以及橡膠制品行業(yè)，5%用于輪胎行業(yè)，27%用電纜行業(yè)，6%用于塑料行業(yè)。而在國內(nèi)橡膠制品、橡膠管帶、電線電纜、鞋材、輪胎行業(yè)中，也有多家企業(yè)選用了大、中型嚙合型轉子密煉機作為橡膠混煉設備，如：西北橡膠研究所、西北橡膠總廠、浙江奮飛、貴州大眾、貴州紅陽、江蘇上上電纜、特變電工、浙江海寧海橡、四川騰中重工等。
十幾年來，隨著科學技術的發(fā)展和間的交流和合作，生產(chǎn)工藝的改進，新材料的應用及配套零件的化采購，使該系列密煉機的性能、質量躍上了新的臺階。迄今我公司已生產(chǎn)50L——250L等多種規(guī)格近百臺產(chǎn)品銷往全國各地并出口到東南亞諸國。
1、機器的用途
嚙合型轉子密煉機，主要是用于橡膠、塑料、樹脂硬橡膠制品、密封件、模制品和聚氯乙稀原料以及其它各種塑料制品原料的塑煉、混煉和終煉。嚙合型轉子密煉機由于其加工膠料的分散性、均勻性好。特別適用于橡塑共混。尤其適合于分散性、均勻性要求特高且難以分散的膠種，如各種導電膠、磁性膠、及填充白炭黑、填充化纖或棉纖的長短纖維膠種以及熱敏膠料的混煉。
2、工作原理
嚙合型轉子的本體呈圓筒狀，本體上有一條大的螺旋凸棱（也稱主棱）和兩個小凸棱（也稱副棱）。兩個轉子相向轉動，轉速相同。工作時，在螺旋凸棱與密煉室內(nèi)壁之間，受到不斷地變化的反復進行的強烈剪切和擠壓作用，使膠料產(chǎn)生剪切變形，進行強烈的捏煉（煉膠功能類似剪切型轉子密煉機）。同時在兩根轉子之間，一個轉子的凸棱依次嚙入另一個轉子的棱間（即轉子凹處）。由于轉子凸棱外直徑和凸棱根部（轉子圓柱形本體）直徑不同，因而在旋轉時形成不同的圓周速度，產(chǎn)生速比和速度梯度，從而形成高剪切分散混煉（其煉膠功能類似膠料通過開煉機輥距）。在上頂栓壓力的作用下，對膠料進行著剪切、捏煉作用。由于螺旋凸棱作用，轉子旋轉時，膠料環(huán)繞密煉室作逆向循環(huán)運動。
嚙合型密煉機，兩個轉子之間的間隙相對較小，壓砣迫使物料進入兩個轉子之間和螺旋凸棱與密煉室內(nèi)壁之間，在密煉室內(nèi)呈片狀，使物料產(chǎn)生很大的應變變形，達到*的分散混煉的效果。同時，由于膠料和金屬表面之間接觸面積大，提高了設備傳熱效率。
3、 機器的特點
由于本機*的工作原理和轉子具有寬闊的螺旋型棱面，與相切型（橢圓形）轉子相比，具有以下優(yōu)點：
3．1 寬闊棱面的平面剪切使與混煉室壁的剪切率變得平均；
3．2 寬闊棱面可防止熱點出現(xiàn)，且降低磨損可延長大修周期；
3．3 可使聚合物在混煉室內(nèi)壁形成一薄層，有利于散熱、導熱、增加膠料的均勻性和膠料內(nèi)各部分的粘度、塑性的均勻性；
3．4 冷卻面積與膠料的接觸面積均比相切型轉子增大約50%；
3．5 由于上述幾點可使在同樣容積、功率消耗下加快轉速以縮短混煉時間，亦即在zui短時間內(nèi)輸入zui大能量，而又不使膠料超過臨界溫度，因而提高了生產(chǎn)效率，并可使一般的兩段混煉改為一段混煉，在與相切型密煉機同樣容積速度下可提高產(chǎn)量30%。該機特別適用于橡膠與塑料的共混、膠料與短纖維填充物的混煉和熱敏感橡膠的塑煉、混煉。
總體而言，嚙合型密煉機在溫控、塑化、油料混合和分散質量等方面具有明顯的優(yōu)勢。由于嚙合型密煉機可以在不同操作參數(shù)下加工出高質量膠料。因此在混煉精密、高品質膠料的領域具有更大的市場。
4、結構特征
本機主要由密煉室、轉子、加料機構、壓料機構、卸料機構、氣控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)、轉子密封裝置、潤滑軟化系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)等組成。
4.1主傳動系統(tǒng)
主電機經(jīng)彈性柱銷聯(lián)軸器傳動行星減速器，行星減速器輸出軸與后轉子間采用齒式聯(lián)軸器聯(lián)接。在前、后速比齒輪的驅動下，使前后轉子在相同的速度下相向轉動。減速器亦可以配置雙輸出軸結構，通過兩套聯(lián)軸器，分別驅動前、后轉子。此種結構應用愈來愈廣泛。
4.2 機體
機體主要由前后密煉室、左右室壁及軸承座、耐磨環(huán)和底板等組成。
密煉室分為前、后兩塊，在室壁周邊鉆孔，并構成循環(huán)通道，冷卻水或蒸汽在一定壓力下沿通道循環(huán)流動，以達到良好的熱傳導效果，密煉室內(nèi)壁表面堆焊硬質合金，以提高其使用壽命。
室壁（左、右兩個）與軸承座焊接成一個剛性整體，在與膠料接觸的工作部分裝有表面經(jīng)硬化處理的耐磨環(huán)，耐磨環(huán)設有冷卻水通孔。轉子端板的工作表面經(jīng)過耐磨損硬化處理，且具有經(jīng)精密加工的底部密封表面，與下落式卸料門的形狀相配，以避免下落式卸料門端部和轉子端板之間泄漏粉料。
前、后密煉室用緊固螺栓固定在左右支座上，它與耐磨環(huán)構成一個封閉的密煉室體。
4.3 轉子
轉子由棱部筒體和芯軸組合而成，在轉子工作部分表面堆焊了耐磨硬質合金。轉子工作部分凸棱及圓柱形本體內(nèi)部設有冷卻通道，可進行有效強制循環(huán)加熱或冷卻。
嚙合型轉子的強度和剛度均優(yōu)于同規(guī)格的橢圓剪切型轉子；因為：作用在剪切型轉子上的扭矩、彎矩，全部由轉子工作部分的截面來承擔，而嚙合型轉子則由轉子體截面和其芯軸共同來承擔。剪切型轉子由于鑄件的內(nèi)部缺陷、轉子截面突變處的不可預見的應力集中，而引起轉子在長短棱交界處產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂現(xiàn)象時有發(fā)生。而嚙合型轉子由于其芯軸是整體鍛件，又加上轉子本身的強度大，因此在相同的載荷條件下，轉子的承載能力和可靠性可大幅度提高。
4.4 轉子支承
轉子支承在用油脂潤滑的雙列向心球面滾子軸承上。軸承內(nèi)孔為錐孔，可用錐形脹套與軸裝配在一起，用隨機所配的拆卸螺母將錐形脹套拔松，即可將轉子從軸承孔中退出，安裝和拆卸方便。
4.5 轉子端軸密封
轉子軸端密封裝置采用FYH液壓平衡式或機械內(nèi)壓式密封。工作時利用油缸之力向內(nèi)推動外密封環(huán)，使之緊貼內(nèi)密封環(huán)的密封面，以達到密封的目的，密封面的壓緊壓力可通過調整油缸壓力來調整。每套密封裝置上還設有3個進油孔，分別通入高壓軟化油和高壓潤滑油，以加強密封裝置的密封效果和減少密封環(huán)的磨損。
4.6 加料機構
加料機構安裝在密煉室上方，由左右墻板、后墻板和前門板組成一個封閉的進料腔，前門板在氣缸的驅動下開啟，便可形成一個V形的進料口，以便于物料投入。
在加料門上方設有除塵裝置，與抽塵系統(tǒng)相連接，可抽掉飛揚的粉料，以利于環(huán)境保護。
4.7 壓料機構
XMY系列嚙合型轉子密煉機壓料機構具有*的自動化控制技術，上頂栓對膠料的壓力可根據(jù)工藝要求進行預置，并可根據(jù)主電機功率的變化，自動轉換為加壓、減壓、浮動三種工作狀態(tài)。
壓料機構置于加料機構之上，上頂栓采用氣控系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)驅動。
a）氣控上頂栓系統(tǒng)操縱：
其作用原理是氣缸通過上頂栓將物料壓入密煉室中，并對其施加一定的壓力，以提高煉膠效果。該機構主要由氣缸、上頂栓、支座、活塞桿、防塵密封裝置等組成。上頂栓與物料接觸的表面堆焊耐磨硬質合金，內(nèi)腔可進行強制循環(huán)加熱或冷卻，氣缸設有緩沖裝置。
b）液壓上頂栓系統(tǒng)操縱：
液壓上頂栓是密煉機一個很重要的發(fā)展方向，它有取代氣壓上頂栓的趨勢。液壓上頂栓的主要優(yōu)點是可以穩(wěn)定控制上頂栓對膠料的單位壓力。通過實踐證明，上頂栓壓力的變化會影響排料溫度和膠料分散質量。因此，對質量要求較高的膠料在混煉每車料的時間內(nèi)及批料與批料之間，上頂栓壓力的變化是不允許的。由于液壓上頂栓自身具有獨立的液壓系統(tǒng)，且液體不會像空氣那樣可以被壓縮。因此，與上頂栓壓力有關的膠料質量問題能得到有效控制。同時液壓上頂栓還具有節(jié)能和無排氣噪音等優(yōu)點。
4.8 卸料機構
卸料機構為下落擺動式，由下頂栓、轉軸、鎖緊塊以及驅動油缸等組成。下頂栓裝在轉動軸上，用四個往復油缸驅動齒條來實現(xiàn)旋轉運動。與傳統(tǒng)的鎖緊結構不同，XMY系列嚙合型轉子密煉機下頂栓鎖緊機構為水平鎖緊式，其鎖緊塊由油缸直接推動作水平軸向移動，鎖緊力作用于下頂栓中心線上，其優(yōu)點是自鎖性好，開閉迅速、密封可靠。由于鎖緊機構分別安裝在左右機體內(nèi)，因此，非常利于卸料機構的日常維護、保養(yǎng)。
卸料門的開閉和鎖緊均由液壓系統(tǒng)驅動，卸料迅速、密封可靠。經(jīng)精密加工的密煉室底部密封表面，與卸料門的形狀相配，以避免卸料門端部和轉子端板之間泄漏粉料。卸料門與混煉室的密封結構為三維小平面全接觸密封。所有密封面均為接觸密封，當然該結構對機械加工和研配的要求較高，我公司依靠精良的工藝裝備，保證了設計要求。該系列嚙合型密煉機卸料門的密封經(jīng)長時間實際使用，密封效果很好。有效的解決了F系列密煉機卸料門與混煉室的密封為大平面間隙的密封問題。（在F系列密煉機的密封結構中，間隙（Δ）值既要確保煉膠時不漏粉料，又要保證卸料門擺動開關時動作暢通；故對“Δ”值及結構設計要求很高，“Δ”值不當或使用磨損后均可能產(chǎn)生漏粉現(xiàn)象）。
4.9 液壓系統(tǒng)
液壓控制系統(tǒng)是為上頂栓的提升和下降（液壓上頂栓），卸料門的開、閉和關閉后鎖緊油缸的驅動以及轉子端面密封而設置的。在機器斷電情況下，可由系統(tǒng)中氣囊式蓄能器手動將卸料門打開。
4.10 加熱、冷卻系統(tǒng)
煉膠過程中溫度的變化對煉膠質量具有重要影響。本機密煉室、轉子、上頂栓、下頂栓和耐磨環(huán)都設有用于加熱、冷卻的通道。它可與溫度控制系統(tǒng)相聯(lián)以達到控制煉膠溫度的目的。
4.11 轉子密封裝置潤滑軟化系統(tǒng)
轉子密封裝置潤滑軟化系統(tǒng)是為了提高轉子伸出軸部位的密封可靠性和使用壽命而設置的，轉子密封裝置采用潤滑中心供油，壓力工作zui大65MPa，系統(tǒng)油箱設有自動加油功能以及超低油位報警功能。工藝油泵電機采用變頻控制，并與煉膠速度對應調速，使油耗更加經(jīng)濟合理，可實現(xiàn)在空負荷運轉時自動減少或停止注油。
4.12 測溫裝置
本機測溫裝置由測溫熱電偶和溫度表等組成，熱電偶安裝在下頂栓頂部和密煉室側壁上，由安裝在控制柜上的溫度表顯示。
4.13 油料注入裝置
油料注入裝置與密煉機上輔機油料稱量投料系統(tǒng)連接。油料注入裝置安裝在密煉室前壁上，用于在工作狀態(tài)下，向密煉室內(nèi)注入工藝配方用油液。
4.14 電氣控制系統(tǒng)
主電機全數(shù)字直流調速裝置：菜單式參數(shù)輸入，PID自動優(yōu)化參數(shù)控制。
主機控制采用PLC控制，人機界面顯示控制。主機功能參數(shù)顯示，采用多通道無紙記錄儀，能對煉膠過程的電流、溫度、功率、主機轉速進行自動顯示、報警、記錄。
① 密煉機控制時，具有手動、自動控制功能，自動控制能完成按時間、溫度控制煉膠?？蓪崿F(xiàn)無上輔機的自動煉膠。
② 通過人機界面完成主機工況檢測及控制。含手動、自動、主機調試、上輔機顯示。
③ 完成與主機相關的各種輔助傳動及控制保護。
④ 輔助傳動包括：液壓站油泵；減速機冷卻潤滑泵；密封潤滑軟化油泵；干油泵。
⑤ 主機膠溫檢測顯示。
⑥ 主機電流、速度、電壓顯示。
⑦ 主機功率、轉速、電流、混煉室溫度記錄。
⑧ 循環(huán)式水溫控制系統(tǒng)：密煉機軟化冷卻水控制采用閉式循環(huán)式，在煉膠過程中僅需對蒸發(fā)掉的冷卻水進行補充，zui大限度的節(jié)約用水。
⑨ 具有與上、下輔機的各種通訊聯(lián)絡。
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