250橡胶挤出压片机的设计开发

韩帮阔，张津，周仁忠，高玉茹

(大连橡胶塑料机械股份有限公司，辽宁 大连 116039)

250橡胶挤出压片机的设计开发

韩帮阔，张津，周仁忠，高玉茹

(大连橡胶塑料机械股份有限公司，辽宁 大连 116039)

介绍了“大橡塑”自主设计的250橡胶挤出压片机的主要技术参数、工作原理、主要技术特点等。其主要优势有：实现连续压片输出、炼胶质量稳定、环保、省去了开炼机等。

橡胶制品；自动化；环保；250；挤出压片机

近年来，随着橡胶制品企业的迅速发展，对自动化程度高、环保性好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，也给橡胶制品生产企业的运营带来了一定的问题。160 L及其附近规格的密炼机（含切线型和啮合型转子）是以输送带为典型代表的橡胶制品企业中的主要生产设备，目前均是配套开炼机（一般是Φ610规格）使用，存在占地面积大、自动化程度低、生产效率低、工人的劳动强度大、环境污染严重、工人操作水平的高低直接影响炼胶质量等缺点。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新型橡胶生产设备是大连橡胶塑料机械股份有限公司（以下简称“大橡塑”）近年来关注的内容。为此，公司在近年设计开发出了250 L橡胶双螺杆挤出压片机，本文对其进行介绍。

作为密炼机的下游辅机，1987年“大橡塑”研制出了国内第一台挤出压片机，为单螺杆结构。自那以后，根据橡胶工业的需要，以及设备制造商自身的改进，国内的挤出压片机进行了持续的结构完善工作，目前已进步至第四代，也就是目前行业主流的三锥结构。本机即采用行业最先进的三锥结构。

1 主要技术参数

产量 ≥4 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 Φ602 mm×Φ250 mm；

螺杆转速 2.2～22 r/min；

挤出电机额定功率 90 kW；

辊筒尺寸 Φ400 mm×900 mm；

辊筒转速 2.8～28 r/min；

最大线速度 35 m/min；

压片电机额定功率 90 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 200 mm；

机头挡胶板距离 550 mm（压出胶片宽度600 mm）；

调距电机（双速） P=2.2 kW；

加料口尺寸 800 mm×600 mm；

外形尺寸 ～4 570 mm×4 320 mm×2 720 mm；

重量（不含主电机、电控柜） ～25 t。

2 工作原理

由密炼机炼好的胶料从排料口排出，通过挤出压片机的过渡槽、加料槽，因重力作用落在双螺杆挤出压片机的两根螺杆之间，两根螺杆在传动系统的带动下作异向同步向内相互啮合运动，两根螺杆的相对旋转运动将胶料向前推移；由于螺杆的结构为锥形变距变深全收敛式，胶料在封闭的机筒内受到两个螺杆的不断变化的强烈剪切和挤压折卷作用，并且胶料在向前推移过程中产生一定的压缩，胶料沿着挤出螺杆经过挡胶板的收口被推到两个压片辊筒之间，两个相向旋转的辊筒将胶料压成连续的胶片。胶料在挤出的过程中锥形螺杆的相互啮合保证了螺杆的自洁性，胶料由螺杆大端被推入小端，产生的压缩比保证了胶料的致密性，胶料经过带有渐变收口的挡胶板时被充分挤压，从而使辊筒压出的胶片两侧光滑。参见图1。

图1 工作原理示意图

3 主要技术特点

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。如图2所示。

该机关键件结构特点见如下介绍。

3.1 主机部分

3.1.1 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35 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3。

图2 设备构成图

图3 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：

（1）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；

（2）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；

（3）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。

另外，本机的辊筒，与开炼机用辊筒的加工工艺和结构相似，辊面冷硬层硬度高，耐磨性好。同时，在辊筒的两端增加注油口，通过手动油泵注入高压油，可方便地拆卸轴承。

在辊筒参数初步确定后，利用ANSYS 软件，对辊筒的受力及变形情况进行分析， 以保障辊筒的安全性。并在此基础上进行局部优化设计，以提高辊筒的安全系数。见图4、图5。

图4 辊筒应力分析

图5 辊筒变形分析

3.1.2 机筒

机筒采用铸焊结构，内腔夹套式冷却，与水平方向呈15°放置。本体（铸钢材质）及冷却流道铸造出来，外侧加封板。机筒与胶料接触的内表面镀硬铬，以提高耐磨性和使用寿命，同时也提高了自洁性，有利于胶料被完整地挤出。见图6。

图6 机筒示意图

图7 螺杆驱动示意图

3.1.3 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。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。参见图7。

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。

3.1.4 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。参见图8。

图8 挡胶板示意图

3.1.5 积胶控制

本机的螺杆和辊筒由独立的电机分别驱动，是两个独立的单元，那么螺杆和辊筒间的速度匹配是很重要的。只有合适的速度匹配，才能保证压出的胶片致密、连续。

为保证螺杆和辊筒间的速度匹配，传统的设备会在挤出机筒的头部设置积胶控制装置，其原理是胶料堆积或者机头压力过高时（显示螺杆转速过高），感应板移动或者压力传感器响应并发出信号，自动降低螺杆转速。传统控制方式的故障率，使用往往不太可靠，部分用户最后都不接线使用。本机采用电流控制的方式，结构简单，相对可靠性高。

3.1.6 辊筒安全装置

安全装置采用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。

传统的辊筒安装装置结构复杂，安全片拆装困难。为简化安全片的拆装，缩短停机时间。本机采用“大橡塑”专利技术的抽屉式安全装置，见图9。

如果想更换破碎的安全片，只需拔下定位销，滑块便可连同平衡器和安全片一起从滑块盒中被抽出。滑块被抽出后，安全片可被取出和更换，该结构将大大缩短用户的停机。

3.2 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10。

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。

图9 老型机械安全装置示意图

图10 挤出/压片减速器示意图

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。

3.3 外配套件

本机的外配套件主要有电机（根据炼胶车间的工作特点，选用防护等级为IP54 的电机）、位移传感器、微波料位仪、干油泵和轴承等。外配套件的选择，主要基于以下原则：

（1） 均为国内外一线品牌，性能好，可靠性高；

（2）对整机连续运转或工作性能影响大的件，选用更为可靠的国外品牌，如日本的微波料位仪、意大利的位移传感器等。

（3）尽量与密炼机主机相一致。

根据双螺杆挤出压片机的工作特点，本机不配置水温控制装置，设备预留冷却法兰接口，可直接连用户的工业自来水（须进行充分的过滤）进行冷却。

4 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）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；

（2）避免了因工人操作水平不同对炼胶质量的影响；

（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）与胶料接触部位全部通水冷却，降低从密炼机排下的胶料温度；

（8）自洁性好，便于更换胶种；

（9）压片装置前挡胶板三维立体造型，使挤出胶片两侧光滑；

（10）结构紧凑，易于安装维护，操作安全简便。

5 应用

和轮胎企业的270 L等大型炼胶生产线一样，本机可以配套160 L密炼机进行如下的生产线应用：密炼机放置在一楼半的平台上，本机的加料槽与密炼机平台对接以保证密封环保性。压出的胶片通过后续的胶片冷却机进行联系冷却、叠放，在定量裁断后转下道工序使用。参见图11。

图11 250挤出压片机应用示意图

6 结束语

XJY-SZ602×250橡胶双螺杆挤出压片机，可替代开炼机配套160 L及其附近规格的密炼机（含切线型和啮合型转子）使用。该机结构先进，自动化程度高，可节省用户的人力资源等成本，并可大幅改善炼胶车间的环保情况，继而提高橡胶制品企业的盈利能力和市场竞争力。另外，如果配套开炼机作为下辅机，160 L密炼机需要两台以上的开炼机，设备采购成本也比挤出压片机要高得多。

橡胶机械始终是为橡胶制品企业的工艺等需求服务的，我们将继续努力，开发出更多先进的设备，以为橡胶制品企业的快速发展和转型升级做出更大的贡献。

Design and development of 250 rubber extrusion sheeting machine

Han Bangkuo,Zhang Jin,Zhou Renzhong,Gao Yuru
(Dalian rubber and plastic machinery co., Ltd., Dalian 116039,Liaoning,China)

This paper introduces the main technical parameters, working principle, main technical characteristics, etc of 250 rubber extrusion pelleting machine that the "Dalian rubber and plastic" design independent. Its main advantages are: continuous tabletting output, stable quality of rubber mixing, environmental protection, eliminating the mixing machine, etc.

rubber goods;automation;environmental protection;250;extrusion sheeting machine

TQ330.44

1009-797X(2016)05-0038-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.05.008

韩帮阔（1982-），男，2004年毕业于青岛科技大学，高级工程师，现主要从事密炼生产线设备的研发设计工作，已发表论文14篇，获批国家专利10项，并负责编写了第三版《橡胶工业手册》的橡胶双螺杆挤出压片机部分。

2014-03-14