XMY系列嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)的特點(diǎn)及在膠管膠帶行業(yè)中的應(yīng)用
四川亞西橡塑機(jī)器有限公司
一、 前言
煉膠工藝是橡膠生產(chǎn)的*道關(guān)鍵工序,混煉膠料質(zhì)量的好壞直接影響著橡膠制品的質(zhì)量和性能。
橡膠混煉的質(zhì)量主要取決于采用的混煉設(shè)備和相應(yīng)的煉膠方法。設(shè)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(zhì)量性能,并對后續(xù)生產(chǎn)過程中的工藝性能也有著相當(dāng)?shù)挠绊憽R虼耍0严鹉z混煉視為橡膠工業(yè)zui核心的技術(shù)之一。
橡膠混煉是將各種配料混入生膠中制成質(zhì)量均勻的混煉膠的過程。是一個極為復(fù)雜的機(jī)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(shè)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(jī)是橡膠工業(yè)極為重要的混煉設(shè)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(zhì)量的膠料需求量增加,使嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)的市場需求量也越來越大。現(xiàn)將我公司XMY系列嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)情況介紹如下。
二、 XMY系列嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)
XMY系列嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)是四川亞西橡塑機(jī)器有限公司于上世紀(jì)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(jī)技術(shù),結(jié)合亞西多年設(shè)計、制造橡膠機(jī)械的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù),于上世紀(jì)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(jī)。九二年投入市場后,由于嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)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(yùn)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(zhuǎn)子密煉機(jī)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(zhuǎn)子密煉機(jī)作為橡膠混煉設(shè)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(xué)技術(shù)的發(fā)展和間的交流和合作,生產(chǎn)工藝的改進(jìn),新材料的應(yīng)用及配套零件的化采購,使該系列密煉機(jī)的性能、質(zhì)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(jī)器的用途
嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī),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(zhuǎn)子密煉機(jī)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(dǎo)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子相向轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)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(fù)進(jìn)行的強(qiáng)烈剪切和擠壓作用,使膠料產(chǎn)生剪切變形,進(jìn)行強(qiáng)烈的捏煉(煉膠功能類似剪切型轉(zhuǎn)子密煉機(jī))。同時在兩根轉(zhuǎn)子之間,一個轉(zhuǎn)子的凸棱依次嚙入另一個轉(zhuǎn)子的棱間(即轉(zhuǎn)子凹處)。由于轉(zhuǎn)子凸棱外直徑和凸棱根部(轉(zhuǎn)子圓柱形本體)直徑不同,因而在旋轉(zhuǎn)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(jī)輥距)。在上頂栓壓力的作用下,對膠料進(jìn)行著剪切、捏煉作用。由于螺旋凸棱作用,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,膠料環(huán)繞密煉室作逆向循環(huán)運(yùn)動。
嚙合型密煉機(jī),兩個轉(zhuǎn)子之間的間隙相對較小,壓砣迫使物料進(jìn)入兩個轉(zhuǎn)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(yīng)變變形,達(dá)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(shè)備傳熱效率。
3、 機(jī)器的特點(diǎn)
由于本機(jī)*的工作原理和轉(zhuǎn)子具有寬闊的螺旋型棱面,與相切型(橢圓形)轉(zhuǎn)子相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):
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(diǎn)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(dǎo)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(zhuǎn)子增大約50%;
3.5 由于上述幾點(diǎn)可使在同樣容積、功率消耗下加快轉(zhuǎn)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(jī)同樣容積速度下可提高產(chǎn)量30%。該機(jī)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(jī)在溫控、塑化、油料混合和分散質(zhì)量等方面具有明顯的優(yōu)勢。由于嚙合型密煉機(jī)可以在不同操作參數(shù)下加工出高質(zhì)量膠料。因此在混煉精密、高品質(zhì)膠料的領(lǐng)域具有更大的市場。
4、結(jié)構(gòu)特征
本機(jī)主要由密煉室、轉(zhuǎn)子、加料機(jī)構(gòu)、壓料機(jī)構(gòu)、卸料機(jī)構(gòu)、氣控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)、轉(zhuǎn)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(jī)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(zhuǎn)子間采用齒式聯(lián)軸器聯(lián)接。在前、后速比齒輪的驅(qū)動下,使前后轉(zhuǎn)子在相同的速度下相向轉(zhuǎn)動。減速器亦可以配置雙輸出軸結(jié)構(gòu),通過兩套聯(lián)軸器,分別驅(qū)動前、后轉(zhuǎn)子。此種結(jié)構(gòu)應(yīng)用愈來愈廣泛。
4.2 機(jī)體
機(jī)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(gòu)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(dá)到良好的熱傳導(dǎo)效果,密煉室內(nèi)壁表面堆焊硬質(zhì)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(shè)有冷卻水通孔。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gòu)成一個封閉的密煉室體。
4.3 轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)子由棱部筒體和芯軸組合而成,在轉(zhuǎn)子工作部分表面堆焊了耐磨硬質(zhì)合金。轉(zhuǎn)子工作部分凸棱及圓柱形本體內(nèi)部設(shè)有冷卻通道,可進(jìn)行有效強(qiáng)制循環(huán)加熱或冷卻。
嚙合型轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度和剛度均優(yōu)于同規(guī)格的橢圓剪切型轉(zhuǎn)子;因?yàn)椋鹤饔迷诩羟行娃D(zhuǎn)子上的扭矩、彎矩,全部由轉(zhuǎn)子工作部分的截面來承擔(dān),而嚙合型轉(zhuǎn)子則由轉(zhuǎn)子體截面和其芯軸共同來承擔(dān)。剪切型轉(zhuǎn)子由于鑄件的內(nèi)部缺陷、轉(zhuǎn)子截面突變處的不可預(yù)見的應(yīng)力集中,而引起轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子由于其芯軸是整體鍛件,又加上轉(zhuǎn)子本身的強(qiáng)度大,因此在相同的載荷條件下,轉(zhuǎn)子的承載能力和可靠性可大幅度提高。
4.4 轉(zhuǎn)子支承
轉(zhuǎn)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(jī)所配的拆卸螺母將錐形脹套拔松,即可將轉(zhuǎn)子從軸承孔中退出,安裝和拆卸方便。
4.5 轉(zhuǎn)子端軸密封
轉(zhuǎn)子軸端密封裝置采用FYH液壓平衡式或機(jī)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(dá)到密封的目的,密封面的壓緊壓力可通過調(diào)整油缸壓力來調(diào)整。每套密封裝置上還設(shè)有3個進(jìn)油孔,分別通入高壓軟化油和高壓潤滑油,以加強(qiáng)密封裝置的密封效果和減少密封環(huán)的磨損。
4.6 加料機(jī)構(gòu)
加料機(jī)構(gòu)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(jìn)料腔,前門板在氣缸的驅(qū)動下開啟,便可形成一個V形的進(jìn)料口,以便于物料投入。
在加料門上方設(shè)有除塵裝置,與抽塵系統(tǒng)相連接,可抽掉飛揚(yáng)的粉料,以利于環(huán)境保護(hù)。
4.7 壓料機(jī)構(gòu)
XMY系列嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)壓料機(jī)構(gòu)具有*的自動化控制技術(shù),上頂栓對膠料的壓力可根據(jù)工藝要求進(jìn)行預(yù)置,并可根據(jù)主電機(jī)功率的變化,自動轉(zhuǎn)換為加壓、減壓、浮動三種工作狀態(tài)。
壓料機(jī)構(gòu)置于加料機(jī)構(gòu)之上,上頂栓采用氣控系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)驅(qū)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(jī)構(gòu)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(zhì)合金,內(nèi)腔可進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)加熱或冷卻,氣缸設(shè)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(jī)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(diǎn)是可以穩(wěn)定控制上頂栓對膠料的單位壓力。通過實(shí)踐證明,上頂栓壓力的變化會影響排料溫度和膠料分散質(zhì)量。因此,對質(zhì)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(dú)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(guān)的膠料質(zhì)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(diǎn)。
4.8 卸料機(jī)構(gòu)
卸料機(jī)構(gòu)為下落擺動式,由下頂栓、轉(zhuǎn)軸、鎖緊塊以及驅(qū)動油缸等組成。下頂栓裝在轉(zhuǎn)動軸上,用四個往復(fù)油缸驅(qū)動齒條來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。與傳統(tǒng)的鎖緊結(jié)構(gòu)不同,XMY系列嚙合型轉(zhuǎn)子密煉機(jī)下頂栓鎖緊機(jī)構(gòu)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(diǎn)是自鎖性好,開閉迅速、密封可靠。由于鎖緊機(jī)構(gòu)分別安裝在左右機(jī)體內(nèi),因此,非常利于卸料機(jī)構(gòu)的日常維護(hù)、保養(yǎng)。
卸料門的開閉和鎖緊均由液壓系統(tǒng)驅(qū)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(zhuǎn)子端板之間泄漏粉料。卸料門與混煉室的密封結(jié)構(gòu)為三維小平面全接觸密封。所有密封面均為接觸密封,當(dāng)然該結(jié)構(gòu)對機(jī)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(shè)計要求。該系列嚙合型密煉機(jī)卸料門的密封經(jīng)長時間實(shí)際使用,密封效果很好。有效的解決了F系列密煉機(jī)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(jī)的密封結(jié)構(gòu)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(guān)時動作暢通;故對“Δ”值及結(jié)構(gòu)設(shè)計要求很高,“Δ”值不當(dāng)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(guān)閉后鎖緊油缸的驅(qū)動以及轉(zhuǎn)子端面密封而設(shè)置的。在機(jī)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(zhì)量具有重要影響。本機(jī)密煉室、轉(zhuǎn)子、上頂栓、下頂栓和耐磨環(huán)都設(shè)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(dá)到控制煉膠溫度的目的。
4.11 轉(zhuǎn)子密封裝置潤滑軟化系統(tǒng)
轉(zhuǎn)子密封裝置潤滑軟化系統(tǒng)是為了提高轉(zhuǎn)子伸出軸部位的密封可靠性和使用壽命而設(shè)置的,轉(zhuǎn)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(shè)有自動加油功能以及超低油位報警功能。工藝油泵電機(jī)采用變頻控制,并與煉膠速度對應(yīng)調(diào)速,使油耗更加經(jīng)濟(jì)合理,可實(shí)現(xiàn)在空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時自動減少或停止注油。
4.12 測溫裝置
本機(jī)測溫裝置由測溫?zé)犭娕己蜏囟缺淼冉M成,熱電偶安裝在下頂栓頂部和密煉室側(cè)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(jī)上輔機(jī)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(jī)全數(shù)字直流調(diào)速裝置:菜單式參數(shù)輸入,PID自動優(yōu)化參數(shù)控制。
主機(jī)控制采用PLC控制,人機(jī)界面顯示控制。主機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動顯示、報警、記錄。
① 密煉機(jī)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。可實(shí)現(xiàn)無上輔機(jī)的自動煉膠。
② 通過人機(jī)界面完成主機(jī)工況檢測及控制。含手動、自動、主機(jī)調(diào)試、上輔機(jī)顯示。
③ 完成與主機(jī)相關(guān)的各種輔助傳動及控制保護(hù)。
④ 輔助傳動包括:液壓站油泵;減速機(jī)冷卻潤滑泵;密封潤滑軟化油泵;干油泵。
⑤ 主機(jī)膠溫檢測顯示。
⑥ 主機(jī)電流、速度、電壓顯示。
⑦ 主機(jī)功率、轉(zhuǎn)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(jī)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(jìn)行補(bǔ)充,zui大限度的節(jié)約用水。
⑨ 具有與上、下輔機(jī)的各種通訊聯(lián)絡(luò)。