王虎法，米鳳龍

(大連第二橡塑機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116113)

橡膠塑料加壓式捏煉機(jī)，在行業(yè)中又叫作翻斗式密煉機(jī)。作為橡膠塑煉和混煉設(shè)備的一種，其作用與下落式密煉機(jī)相同。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、整體性強(qiáng)、安裝方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性較高，從1998年開始在我國(guó)大多數(shù)中小橡膠制品企業(yè)里得到了廣泛的使用，尤其在電纜、膠管、膠帶、鞋材、密封件、醫(yī)用膠塞、工程橡塑、軟木橡膠等諸多企業(yè)里的應(yīng)用非常廣泛。

1 加壓式捏煉機(jī)的升級(jí)背景

近年來(lái)，隨著我國(guó)汽車工業(yè)和高速鐵路的飛速發(fā)展，制造商對(duì)橡膠零部件的要求越來(lái)越高，使得原有一些橡膠配件已經(jīng)跟不上市場(chǎng)發(fā)展的需求，逐漸被淘汰。這樣就促成了一批新型高分子材料的使用和發(fā)展，例如人工橡膠、橡塑共混物等。不同的高分子材料對(duì)加工設(shè)備的性能需求也不完全相同，我們就是針對(duì)這些新型材料的工藝需求，對(duì)加壓式捏煉機(jī)進(jìn)行二次開發(fā)和改進(jìn)，完成產(chǎn)品的升級(jí)換代，以便在未來(lái)更好地服務(wù)于市場(chǎng)和廣大客戶。

2 新型加壓式捏煉機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

2.1 工作原理與結(jié)構(gòu)特征

該機(jī)的工作原理與一般密煉機(jī)相同，即物料受上頂栓的壓力，在密閉的混煉室內(nèi)經(jīng)過(guò)以一定速比回轉(zhuǎn)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與混煉室壁之間的剪切、擠壓、攪拌、翻卷等捏煉作用后，塑（混）煉成所需的新物料。它與下落式密煉機(jī)的不同之處，主要在于它沒有下頂栓，是將混煉室進(jìn)行整體翻轉(zhuǎn)卸料。該機(jī)主要由密煉裝置、翻轉(zhuǎn)裝置、壓料裝置、減速器、機(jī)架、支座、皮帶傳動(dòng)裝置、氣控（液壓）系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)、底座、電機(jī)座、限位支承座等零部件組成。目前已經(jīng)在原有氣動(dòng)上頂栓的基礎(chǔ)上開發(fā)出了液壓上頂栓結(jié)構(gòu)（如圖1）。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)加壓捏煉機(jī)與新型加壓捏煉機(jī)

2.2 主要部件結(jié)構(gòu)特征與改進(jìn)

2.2.1 密煉裝置

密煉裝置（圖2）由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)V形皮帶傳動(dòng)，帶動(dòng)減速器通過(guò)內(nèi)齒套聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)一對(duì)速比齒輪，實(shí)現(xiàn)前、后轉(zhuǎn)子相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；鞜捠遗c左、右側(cè)板形成封閉混煉槽體，前、后轉(zhuǎn)子通過(guò)滾動(dòng)軸承分別固定在左、右側(cè)板上，其中前轉(zhuǎn)子軸承套支承在左（蝸輪箱）、右（滑動(dòng)）支承座上。后轉(zhuǎn)子軸承套沒有支承，而由兩個(gè)限位支承座，頂靠左、右側(cè)板和混煉室底面（在后轉(zhuǎn)子垂直中線處），以保證傳動(dòng)，工作平穩(wěn)?；鞜捠业淖蟆⒂覀?cè)板均為夾套式焊接結(jié)構(gòu)，與物料接觸的內(nèi)壁表面進(jìn)行硬化（鍍硬鉻）處理。轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)、短兩個(gè)螺旋棱焊接在轉(zhuǎn)子軸上，用鉆孔方式連通兩個(gè)棱體的空腔和轉(zhuǎn)子軸孔，棱峰及工作部位棱側(cè)表面，均堆焊耐磨硬質(zhì)合金，與物料接觸的整個(gè)轉(zhuǎn)子外表面進(jìn)行硬化（鍍硬鉻）處理。由于上述結(jié)構(gòu)，能保證工作部位耐腐蝕、耐磨損、壽命長(zhǎng)以及較高的熱傳導(dǎo)率，并使膠料換色容易，清料干凈方便。轉(zhuǎn)子端面密封環(huán)為耐磨銅合金鑲嵌固體減磨劑形式，摩擦工作端面不注潤(rùn)滑劑，亦能保證良好的密封效果，且不污染物料?；鞜捠业撞恐虚g裝設(shè)有熱電偶，并與溫控儀相連，用于監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中物料溫度。

圖2 密煉裝置

作為密煉裝置的核心零件，轉(zhuǎn)子對(duì)膠料的混煉質(zhì)量非常關(guān)鍵。在過(guò)去各個(gè)捏煉機(jī)生產(chǎn)廠家基本都是一種結(jié)構(gòu)類型，不利于膠料多樣化的生產(chǎn)。為此我們對(duì)轉(zhuǎn)子的螺旋角度、螺棱的形式和轉(zhuǎn)子底徑、外徑做了不同的設(shè)計(jì)，便于客戶生產(chǎn)工藝的選擇。如圖3所示，對(duì)于較硬的膠料選擇A類轉(zhuǎn)子比較好，此類轉(zhuǎn)子具有棱體螺旋角小、轉(zhuǎn)子底徑大，在改善了轉(zhuǎn)子受力狀況的同時(shí)并不影響棱體對(duì)膠料的剪切混煉性能，并提高了轉(zhuǎn)子對(duì)膠料的冷卻面積，加快了膠料的熱傳遞，有利于膠料降溫。目前大多數(shù)橡膠廠都在使用B類轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子對(duì)于同一臺(tái)機(jī)器生產(chǎn)多種膠料比較合適，它兼顧了對(duì)膠料攪拌均勻性和物理剪切較高的特點(diǎn)，但是會(huì)減弱個(gè)別混煉膠料的分散性能。而對(duì)于黏度較低需要短時(shí)升溫的膠料選擇C、D類轉(zhuǎn)子比較合適，由于棱體螺旋角度大，能有效提升膠料在前后轉(zhuǎn)子間的來(lái)回翻轉(zhuǎn)、攪拌，也加大了物料與混煉室壁之間的剪切面積，使得物料在擠壓、剪切、撕裂的過(guò)程中能快速升溫，提高煉膠效率，同時(shí)也有較大的功率消耗。

圖3 轉(zhuǎn)子螺棱展開圖

另外，隨著現(xiàn)代工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，嚙合型轉(zhuǎn)子（如圖4）也逐步安裝在加壓式捏煉機(jī)上使用。這類轉(zhuǎn)子很好地提升了物料的混煉質(zhì)量，對(duì)橡膠膠料的分散均勻性、密實(shí)性都有了很好的改善，也能更好地控制混煉過(guò)程中膠料的溫度。目前生產(chǎn)廠家基本都采用三棱嚙合結(jié)構(gòu)，其中間棱為主棱，長(zhǎng)棱和短棱分布在兩頭，長(zhǎng)棱和中間棱的螺旋角度基本相等，旋向也相同，但短棱有些與中間棱旋向相同角度不等，有些旋向相反角度相同或不等。也因?yàn)檫@些原因使得每個(gè)生產(chǎn)廠制造出來(lái)的嚙合轉(zhuǎn)子棱型結(jié)構(gòu)不一樣，這樣也勢(shì)必會(huì)使混煉出來(lái)的膠料性能有所差異。

圖4 嚙合型轉(zhuǎn)子

密封裝置，作為加壓式捏煉機(jī)的重要部件，改型前其轉(zhuǎn)子端面的密封結(jié)構(gòu)（如圖5所示）是依靠4根彈簧壓緊密封定環(huán)，同時(shí)起到密封環(huán)磨損后的補(bǔ)償作用。由于工人在安裝時(shí)對(duì)4根彈簧的預(yù)緊力不均等，就很容易造成兩個(gè)密封端面不能完全貼合的現(xiàn)象。這樣不僅造成密煉機(jī)工作時(shí)的漏粉現(xiàn)象，還很容使密封環(huán)過(guò)快磨損，影響設(shè)備的正常使用，也增加了設(shè)備正常維護(hù)的困難。

圖5 四彈簧式密封（改型前）

為了提升捏煉機(jī)轉(zhuǎn)子端面的密封效果，新一代捏煉機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)出了液壓式密封結(jié)構(gòu)（如圖6所示）。這種密封結(jié)構(gòu)使兩根轉(zhuǎn)子端面的密封受力完全一樣，避免了密封面受力不均的現(xiàn)象。液壓密封結(jié)構(gòu)主要是采用撥叉式密封，應(yīng)用杠桿原理把油缸的力通過(guò)撥叉?zhèn)鬟f到密封定圈上，使動(dòng)、定密封圈的密封面緊密貼合，達(dá)到有效的密封效果。這種密封方式最大的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整方便，在密封環(huán)磨損較大時(shí)用戶僅僅需要調(diào)整中間螺栓上的螺母，跟進(jìn)消除密封環(huán)磨損產(chǎn)生的間隙，就能使油缸的力均勻地作用在密封定圈上，不會(huì)產(chǎn)生四彈簧密封式由于每個(gè)彈簧的作用力不同，而造成密封定圈局部磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象。

圖6 液壓密封結(jié)構(gòu)

2.2.2 翻轉(zhuǎn)裝置及其液壓傳動(dòng)系統(tǒng)

新型加壓式捏煉機(jī)的翻轉(zhuǎn)裝置（如圖7）主要由液壓站、翻轉(zhuǎn)油缸及連板等組成，液壓站設(shè)置了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、低噪音油泵、換向閥、溢流安全閥及過(guò)濾器等，通過(guò)高壓膠管與翻轉(zhuǎn)油缸相連接，油缸后端通過(guò)銷軸連接固定支座，可以擺動(dòng)。翻轉(zhuǎn)油缸前端與連板連接，連板通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)件與轉(zhuǎn)子連接?；鞜捠倚枰D(zhuǎn)時(shí)，啟動(dòng)液壓站帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)油缸，油缸活塞桿將連板向后推動(dòng)，使轉(zhuǎn)子和混煉室相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度而將膠料卸出；復(fù)位時(shí)，按動(dòng)復(fù)位按鈕，油缸退回原位。相對(duì)于原有的蝸輪蝸桿翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)（如圖8），液壓翻轉(zhuǎn)有效的避免了蝸輪蝸桿翻轉(zhuǎn)零件磨損過(guò)快的問(wèn)題，減少了設(shè)備維護(hù)的困難。另外，在更換翻轉(zhuǎn)零件時(shí)無(wú)需拆卸密煉裝置，使得設(shè)備的維護(hù)也更加方便。

圖7 液壓翻轉(zhuǎn)裝置

圖8 蝸輪蝸桿翻轉(zhuǎn)裝置

2.2.3 壓料裝置及液壓系統(tǒng)

本機(jī)的壓料結(jié)構(gòu)是融合了標(biāo)準(zhǔn)型捏煉機(jī)的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)和下落式密煉機(jī)的液壓壓料結(jié)構(gòu)，通過(guò)油缸（如圖9）驅(qū)動(dòng)上頂栓的升降，并保證對(duì)物料在一定范圍內(nèi)的壓力；壓料裝置的油缸安裝在機(jī)架頂面，上頂栓在油缸活塞桿的推動(dòng)下對(duì)物料進(jìn)行加壓作用；上頂栓上下運(yùn)行由電磁換向閥控制，工作時(shí)由蓄能器保壓。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是保證捏煉機(jī)在工作時(shí)上頂栓對(duì)物料施加一種相對(duì)恒定的壓力，從而獲得更高質(zhì)量的混煉膠料；另外，沒有了氣動(dòng)上頂栓的排氣噪音，也減少了設(shè)備動(dòng)力源，節(jié)省了設(shè)備的投入成本。

液壓系統(tǒng)是新型液壓上頂栓的關(guān)鍵部分，其液壓原理（如圖10）主要是通過(guò)電磁換向閥控制油缸活塞桿的伸出縮回，同時(shí)對(duì)蓄能器進(jìn)行沖壓補(bǔ)壓，達(dá)到設(shè)定壓力值后電磁閥斷開；在煉膠過(guò)程中蓄能器始終和油缸保持通路，既保證了工作中上頂栓對(duì)膠料的壓力又保護(hù)了上頂栓上下起伏對(duì)設(shè)備造成的沖擊。對(duì)壓料油缸運(yùn)行速度通過(guò)單項(xiàng)節(jié)流閥調(diào)整其流量的大小來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

圖9 液壓上頂栓（單缸式）

圖10 液壓系統(tǒng)原理圖

另外，在近幾年里隨著橡膠膠料性能的提升，根據(jù)膠料生產(chǎn)工藝的需要，也開發(fā)出了類似于下落式密煉機(jī)的雙液壓缸形式的壓料裝置（如圖11），這種結(jié)構(gòu)對(duì)于需要大功率高壓強(qiáng)的煉膠工藝（例如在混煉二段膠時(shí)）比較適用。

圖11 液壓上頂栓（雙缸式）

2.2.4 加熱冷卻系統(tǒng)

作為加壓式捏煉機(jī)的輔助系統(tǒng)，加熱、冷卻兩用的管路裝置及溫控單元（如圖12）也是極其重要的。由于加壓式捏煉機(jī)與物料接觸的各零部件均設(shè)計(jì)有夾套式水腔結(jié)構(gòu)，各進(jìn)、出水（汽）管路均設(shè)有截止閥，隨時(shí)可調(diào)整流體流量，故能保證高效的冷卻、加熱效果。近年來(lái)，有不少用戶已經(jīng)將總進(jìn)水管路和上頂栓進(jìn)水管路安裝自動(dòng)截止閥，這樣可更有效地通過(guò)控制冷卻水流量來(lái)調(diào)節(jié)膠料在混煉過(guò)程中的熱交換，從而達(dá)到控制膠料溫度的目的。

圖12 捏煉機(jī)加熱冷卻系統(tǒng)原理圖

2.3 電氣控制系統(tǒng)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)加壓式捏煉機(jī)的電氣控制系統(tǒng)也提出了一些新需求；基本都要求配備相應(yīng)的上、下輔機(jī)通訊設(shè)備，具備有煉膠過(guò)程中混煉參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和記憶；也為了完善混煉順序，減少人工因素，對(duì)批次處理，混煉規(guī)格條件設(shè)定、自動(dòng)化記錄等等，從而確保對(duì)膠料品質(zhì)的管理。

控制系統(tǒng)相較于以前的優(yōu)勢(shì)如下：

（1）結(jié)合以前橡膠廠混煉工藝的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，立足于時(shí)間、溫度、功率三大要素，確保煉膠品質(zhì)均衡而設(shè)計(jì)出的一套控制軟件，整個(gè)過(guò)程可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化，確保每一車混煉膠效果始終如一。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行后，每步驟完成使用塔燈及不同聲音提示，工人按提示投完料以后，不需等待， 可去進(jìn)行配料或開煉等其他工作，步驟完畢后，系統(tǒng)會(huì)提示工人再來(lái)操作，可提高工人的生產(chǎn)效率。如果配套喂料系統(tǒng)，則會(huì)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化過(guò)程。

（3）采用人機(jī)界面可以對(duì)不同客戶設(shè)置不同的配方管理，目前也有很多橡膠廠根據(jù)自己的工藝要求采用非標(biāo)準(zhǔn)定制方式，這樣機(jī)械廠家也為客戶提供了一些最優(yōu)化的解決方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，加壓式捏煉機(jī)的使用區(qū)域主要集中在亞洲，歐美和非洲相對(duì)較少；這也促成了設(shè)備的生產(chǎn)區(qū)域主要集中在我國(guó)大連和華南地區(qū)，另外在日本、韓國(guó)、印度等地也有生產(chǎn)，但相對(duì)產(chǎn)量較低。隨著橡膠混煉工藝技術(shù)的創(chuàng)新和改進(jìn)，結(jié)合新材料的廣泛應(yīng)用,也必定會(huì)促使捏煉機(jī)的轉(zhuǎn)子形式和控制系統(tǒng)不斷提升和改進(jìn)。