486橡胶挤出压片机的设计开发

韩帮阔，周仁忠，高玉茹，刘婧

（大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁　大连　116039）

486橡胶挤出压片机的设计开发

韩帮阔，周仁忠，高玉茹，刘婧

（大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁大连116039）

详细介绍了新开发的橡胶挤出压片机的技术参数、结构组成、技术特点和优势。该机为国内同类设备中的最大规格，填补了国内空白，有利于减员增效。

挤出压片机；轮胎；产量；自动化

胶料混炼是轮胎生产过程的第一道工序，而且是能源消耗最大的工序。混炼胶质量好坏，对后继工序的加工和成品轮胎质量的影响非常大。轮胎生产中胶料混炼的最终目的，是使填料、各种配合剂和硫化剂在橡胶基体中均匀分散，保证生产的各批次胶料质量一致，具有均匀、稳定的工艺性能和物理性能［1］。

虽然近年来低温一次法等新型混炼工艺得到了应用和推广，但总体来讲，目前轮胎行业主要还是使用多段式炼胶工艺。作为密炼机下方补充混炼和压片的辅机，开炼机被广泛使用。开炼机炼胶的自动化程度和生产效率低、劳动强度大、操作安全性差，且存在炭黑等配合剂飞扬造成环境污染严重等缺点，尤其是会导致批次间胶料品质的不稳定（为此，华南轮胎等企业还专门做了挤出压片机替代开炼机的改造工作，收益十分明显）。

近年来，随着国内外轮胎企业的迅速发展，对生产效率和自动化程度高的生产设备提出了需求。同时，随着近年来天然橡胶等原材料价格的大幅波动，以及人力资源成本的持续提升，也给轮胎生产企业的运营带来了一定的问题［2］。作为中国橡胶机械的摇篮和龙头企业，开发出满足行业需求的单机产量和自动化程度高的生产设备是大连橡胶塑料机械有限公司（以下简称“大橡塑”）近年来关注的内容。为此，“大橡塑”于2009年在国内率先设计开发出了国内最大规格的650L密炼生产线（一次投胶量为一台270和一台370密炼机之和）并生产出了样机，一举打破国外在超大型炼胶设备的垄断。

本文就650 L密炼生产线中所配486超大型橡胶双螺杆挤出压片机的开发进行介绍。

1　主要技术参数

产量～21.5 t/h（比重1.15）

螺杆形式双锥单头变距变深全收敛式

螺杆直径Ф1093×Ф486 mm

螺杆转速1.8～18 r/min

挤出电机额定功率355 kW

辊筒尺寸Ф610×1400 mm

辊筒转速2.5～25 r/min

最大线速度48 m/min

压片电机额定功率355 kW

辊筒工作调距间隙 3～10 mm （压出胶片厚度4～12 mm）

上辊筒完全打开时最大距离300 mm

机头挡胶板距离950 mm （压出胶片宽度1 000 mm）

调距电机（双速）P=4 kW

加料口尺寸1 604×1 060 mm

外形尺寸～6 985 mm×6 700 mm×3 861 mm重量（不含主电机、电控柜）～65.6 t

2　主要技术特点

2.1主机部分

本机主要由压片装置、挤出装置、加料槽（过渡槽）、冷却管路系统、压片传动装置、挤出传动装置、底座及润滑系统等附件组成，参见图1。

图1　486橡胶挤出压片机实物外形

该机关键件结构特点见如下介绍。

2.1.1辊筒

根据挤出压片机的工作原理和特点，辊筒仅为压制胶片并快速输出（本机的辊筒线速度设计可达48 m/min）用，胶料不包辊，所以辊筒的冷却效果在此场合意义不是很大。因此，本机采用中空结构的辊筒。其外形见图2。

图2　辊筒外形图（中空结构）

对比传统的钻孔冷却辊筒，中空辊筒具有如下优点：

中空结构，使得过渡圆角可以特别大，大幅提高了辊筒的截面强度，而此截面也往往是钻孔辊筒断辊问题发生最多的地方；

制作成本低，可降低用户的采购成本或提高制造商的盈利能力；

相比钻孔辊筒，中空结构对水质要求相对较低，且不易发生堵塞等问题。

不过，由于中空结构的冷却能力对比钻孔结构还是有差距，所以，工作状态下，中空辊筒的表面温度（包括两侧的轴颈）会比钻孔辊筒会高一些。热量通过轴承传递给左/右下轴承座，会引起轴承座一定的热膨胀变形。如不进行特殊设计处理，将会使得图3中的a值（轴承座端面与支架内档间隙）变小甚至变为零，继而导致压力传感器无法正常工作，最终影响设备的自动化运行。为此，在轴承座的设计时，要特别注意其端面与支架内档间隙值的选取。

图3　压力反馈装置

2.1.2积胶控制装置［3］

结构如图3所示。在压片过程中，胶料对辊筒力的一部分通过辊筒作用在下轴承座上，并由传力杆将压力传递给压力传感器及压头，调整螺栓可使压力传感器显示值发生变化（投入使用前应调零以消除辊筒、轴承座自重的影响）。通过电气设定，在压力传感器（本机采用更灵敏、可靠性更高的托利多品牌）检测到的值出现过大情况时，可给信号以降低螺杆转速，从而避免出现大的应力以保护辊筒。在压力传感器检测到的值过低时，可给信号以提高螺杆转速，从而使得压片的胶片致密而连续。

2.1.3辊筒安全装置

安全装置采用机械式安全片保护辊筒安全，其原理是挤出的胶料对辊筒施加力，这种力可以传递给安全片。当应力过大时，安全片发生破碎，使得辊缝变大，迅速释放过大的应力。同时，破碎的安全片会被光电开关检测到，从而发出停机信号并提醒用户进行下一步的操作。本机采用“大橡塑”专利技术的抽屉式安全装置，安全片更换迅捷、方便，可大大缩短用户的停机时间。

2.1.4辊距调节装置

调距装置虽不直接参与胶料的挤出、压片工作，但对出片质量及设备性能也有着重要的影响。本机采用单电机调距结构，通过联轴器将两侧的调距装置相连，可实现两侧的辊缝同步调节。同时，也解决了双电机调距容易导致的因两侧辊距不均引起的一侧安全片频繁破碎等问题。参见图4。

图4　单电机调距装置

2.1.5螺杆驱动

和传统结构不同的是，本机的螺杆驱动采用主动/从动速比齿轮的形式（图5）。使得结构更紧凑，也杜绝了传统驱动方式中传动伞齿轮易损坏的问题。

图5　螺杆驱动示意图

速比齿轮为中碳合金钢材质，通过热处理以提高其强度和使用寿命。对于啮合齿轮来讲，良好的润滑可以有效降低噪音和延长寿命。但是本机的工况（挤出螺杆中心线与水平面成15°夹角），使得本机不能在螺杆速比齿轮处采用传统的稀油喷淋方式（如采用稀油，将会存在润滑油因自重进入到机筒内污染胶料的可能）。为此，本机在设计时采用了如下的对策：

（1）设备运转前，在速比齿轮箱内填充足够的稀油和干油的混合物，要求没过速比齿轮的齿面；

（2）干油润滑点增加。沿齿长方向原为一注油点，现改为三润滑点；

（3）为防止润滑油进入机筒内，设计增加骨架油封。

2.1.6机头挡胶板

对于新型三锥结构的挤出压片机来说，经过锥形螺纹的压缩输出，到挡胶板处约束胶片的宽度后被辊筒压出。挡胶板尤其是左/右挡胶板，直接影响着出片质量。如果设计、制作不合理，会使压出的胶片两侧带胶球和飞边，不光造成浪费，也会影响后续的浸浆槽、挂杆及风冷装置的正常使用。

本机的挡胶板采用三维模拟流道设计，四块挡胶板组成过渡光滑的封闭流道，挡胶板内表面与胶料接触的部分均镀硬铬，并且左、右挡胶板内部通水冷却。

2.2传动装置

螺杆（挤出）和辊筒（压片）的传动装置均为“大橡塑”自制，由减速器及其润滑系统组成，参见图6。

图6　挤出/压片减速器示意图

挤出/压片减速都是在一个封闭的箱体内实现的，压片为单输入轴双输出轴结构，挤出为单输入轴单输出轴（空心轴，套装在主动螺杆上）结构。输入轴由电机用弹性联轴器连接。本机所配减速机均为硬齿面减速机，齿轮材质均为低碳合金钢进行渗碳磨齿处理，耐磨性好，使用寿命长。

减速器的齿轮、轴承的润滑采用油泵循环喷油和浸油润滑，油泵装置设在减速机外边。减速机润滑带循环冷却、过滤器并有超压报警功能和油温显示装置。

2.3料位检测开关

为了保证本机与上游650 L密炼机的产能相匹配，从而实现连续化生产，在加料槽（过渡槽）上设置有两组对射的料位检测开关（日本进口的微波料位移），将加料槽（过渡槽）中的胶料分为高料位、工作位和低料位三个位置。当高料位开关给信号时，辊筒和螺杆同时提速以快速处理掉机筒中积存的胶料；当低料位开关给信号时，辊筒和螺杆同时降低以缓慢处理掉机筒中积存的胶料，从而实现与密炼机的产能匹配和全自动化生产。

2.4润滑系统

本机的润滑系统包括稀油（如前文所述）、干油润滑。

干油润滑使用多出口的电动干油泵，自动润滑螺杆/辊筒轴承及螺杆驱动速比齿轮。每个出油口的每行程出油量均可方便地进行调节（最大为0.23 ml/次），且每个出油口处均带有压力继电器进行油压监测。油泵的启停可由PLC设定，根据需要调整实际供油量。

3　本机主要特点

对比开炼机等传统的密炼机辅机，本机具有如下的特点：

（1）产量高，可配套650 L密炼机使用。目前，工业化应用的最大开炼机规格为810型，其一次最大加料量为310～350 kg，仅可以配套370 L以下规格的密炼机。按照传统思维逻辑，如还是使用开炼机进行密炼机配套，则其辊筒规格将会特别大，将变得无法适合人工操作，且辊筒的制作难度也会特别大。因此，目前行业都是使用挤出压片机配套650 L密炼机使用。

（2）将密炼机的间歇式排料转化为连续式压片输出，有利于生产的连续化和自动化控制。

（3）所有原料都经过螺杆的作用，能获得质量的均匀性。

（4）整个系统为密闭式，粉尘较少，有利于环保工作。

（5）不需要开炼机操作，安全性好。

（6）物料在挤出机内被压缩，并经压片机的压延，胶料内的气泡、水泡极少。

（7）结构紧凑，易于安装维护，操作安全简便。

另外，虽然现在的密炼生产线都配置有上辅机系统，但不可避免因为人工（自动）称量的误差（即便是允许的精度范围内），导致批次间的胶料品质出现波动。本设备组成的生产线，一次混炼胶料多（一车物料可对应12条全钢或70条半钢胎），进而提高最终轮胎品质的均一稳定性。

4　结束语

XJY-SZ1093×486橡胶双螺杆挤出压机，为目前国内同类设备中的最大规格，填补了国内空白。该机结构先进，自动化程度高，配套650 L密炼机（一次投胶量为一台270和一台370密炼机之和）使用，可大幅提高单条生产密炼线的产量，节省用户的人力资源（近几年来，在轮胎企业人均工资性支出持续提高的同时，也存在招人难的问题。很多企业为了扩产，只能把设备维保等常规性的工作外包，以将原自有维保人员充实到扩产项目中）及厂房建设、物料周转等成本，继而提高轮胎企业的盈利能力和市场竞争力。

设备始终是为轮胎企业的工艺等需求服务的，我们将继续努力，开发出更多先进的橡胶机械，为轮胎企业的快速发展和转型升级做出更大的贡献。

［1］ 单国玲，刘谦.开炼式连续自动低温炼胶工艺技术开发与应用.轮胎工业，2011，（1）.

［2］ 韩帮阔，张津，等.250橡胶挤出压片机的设计开发.橡塑技术与装备，2016，（5）.

［3］ 高巍，韩帮阔，等.橡胶挤出压片机的改进与提高.轮胎工业，2013，（5）.

Design and development of 486 rubber extrusion mill

Design and development of 486 rubber extrusion mill

Han Bangkuo，Zhou Renzhong，Gao Yuru，Liu Jing
（Dalian Rubber Plastic Machinery Co.， LTD.， Dalian 116039， Liaoning， China）

This paper introduced the new development of rubber extrusion mill with technical parameters，structure composition， technical features and advantages. 650L internal mixing line is currently the largest size rubber mixing equipment for industrial application at home and abroad.

extrusion sheeting mill； tire； output； automation

TQ330.44

1009-797X（2016）17-0036-04

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.17.008

（R-01）

韩帮阔（1982-），男，高级工程师，2004年毕业于青岛科技大学，现主要从事密炼生产线设备的研发设计工作，已发表论文16篇，获批国家专利13项（2项发明专利），参与编写了第三版《橡胶工业手册》，曾获大连市技术发明二等奖。

通讯邮箱：qd-dalian2004@163.com

2016-06-01