淺談天然橡膠粉碎機的設計

王存雷

(1.天津機電職業技術學院,天津 300131；2.天津賽象科技股份有限公司，天津 300131)

淺談天然橡膠粉碎機的設計

Design of natural rubber grinder

王存雷1，2

(1.天津機電職業技術學院,天津 300131；2.天津賽象科技股份有限公司，天津 300131)

介紹了天然橡膠粉碎機設計過程中切刀（包括動刀和定刀）材質的選擇，切刀鎖緊形式，以及切刀的調整方法，切刀咬入角的設計。

天然橡膠粉碎機；轉子軸；動刀鎖緊；定刀；切刀預調

0 概述

隨著現代制造技術的發展, 輪胎制造工業生產工藝流程不斷改進變化，傳統的煉膠工藝需要先將天然膠塊放置在烘房內預熱后切割成幾大塊，然后采用不同容量的密煉機進行多段、多批次反復煉膠；分段密煉期間膠料反復被加熱、冷卻，生產工藝能耗很大，生產效率低，煉膠質量的均一性也不能很好地滿足下工藝的技術要求。

橡膠低溫連續混煉技術的開發解決了傳統的煉膠生產工藝存在的缺陷，已被輪胎制造企業逐漸廣泛采用。考慮到低溫連續混煉技術有個先決條件，各種物料必須是流動性好的顆粒狀、粉末狀物料。將天然橡膠或合成橡膠膠塊切碎及碎膠塊間的隔離混拌、存儲輸送是橡膠低溫連續混煉工藝設備中關鍵的前置設備，其為密煉機提供合適橡膠碎塊原料，完成從原料碎膠的自動稱量和投入到密煉機中，配合完成低溫連續混煉工藝，以獲得質量均一性好的混煉膠。天津賽象科技股份有限公司借鑒國內外相關成熟的經驗，研制開發出天然橡膠粉碎機成套設備。它能在常溫下將天然膠塊粉碎成小塊狀，可以取消烘房的采暖消耗，節約能源的同時，也極大的提高了煉膠的生產效率和煉膠質量。

1 結構簡介及設計要點

天然橡膠粉碎機成套設備由天然橡膠粉碎機、混拌罐裝置、隔離劑噴灑單元、連接輸送皮帶組成（見圖1）。本文重點介紹天然橡膠粉碎機的設計過程中需要重點注意的問題。

圖1 天然橡膠粉碎機結構圖

1.1 切刀材料的選擇

天然橡膠在常溫下具有較高的彈性，稍帶塑性，具有非常好的機械強度，滯后損失小，在多次變形時生熱低，因此其耐屈撓性也很好，根據天然橡膠的特性，在切刀選擇時需考慮硬度、柔韌性、耐磨性。

選擇碎膠機的切刀，不僅僅從刀的鋒利程度（硬度）來看，而是要綜合考慮其硬度，保持性（抗腐蝕性），柔韌性，可修復性等方面綜合因素，在材質選擇上，我們綜合分析常用刀具材料高速刀具鋼，硬質合金鋼，冷作模具鋼，通過比較幾種應力和應變曲線，最終確定采用Cr12Mo1V1鋼。

Cr12Mo1V1是國際上較廣泛采用的高碳高鉻冷作模具鋼，屬萊氏體鋼，具有高淬透性、淬硬性、高的耐磨性；高溫抗氧化性能好，淬火和拋光后抗銹蝕能力好，熱處理變形小，其化學成分及臨界溫度（見表1、表2）。

表1 Cr12Mo1V1 鋼的化學成分表

表2 Cr12Mo1V1 鋼的臨界溫度

Cr12Mo1V1鋼采用1 050～1 100 ℃溫度淬火，510～540 ℃高溫回火2次 硬度60～64 HRC。經過反復試驗，Cr12Mo1V1材質的切刀在硬度、柔韌性、耐磨性等方面都滿足要求。

1.2 切刀的調整及壓緊

天然橡膠粉碎機的定刀和動刀的間隙調整是切刀切膠效率和使用壽命的關鍵，轉子軸上的每組動刀的高度必須一致，安裝前，采用切刀預調裝置將每組動刀調整到同一水平高度，再將動刀放入動刀槽內，采用鎖緊塊鎖緊。

動刀的預調和壓緊，為了保證動刀在旋轉過程中同每個定刀的間隙一致，在將動刀放入轉子軸刀槽鎖緊前必須經過切刀預調這個工序，保證所有的四把動刀等高，其調整方法見圖2。

動刀完成預調后，安裝在特殊的空腔內并用楔塊鎖緊，這種方法可以使受到的力分布在刀片的全部表面防止刀片出現破碎或裂紋。同時，這種壓緊形式使動刀更易于更換（見圖3）。

圖2 切刀預調示意圖

圖3 切刀壓緊示意圖

動刀裝配完成后，動刀和定刀之間的間隙通過調整定刀的調整螺栓完成，保證定刀和動刀之間的間隙達到工藝要求值（見圖4）。

圖4 切刀調整示意圖

1.3 切刀咬入角

由于在切膠過程中，定刀和動刀所受橡膠的反向沖擊力較大，如果采用平行咬入的形式，勢必會對切刀造成較大的損傷，經過分析，我們采用逐漸咬入式結構，將定刀與水平方向成一定角度，動刀與定刀在切膠過程中是逐漸咬入的過程，減少高速狀態下切膠對動刀和定刀的沖擊損傷，提高切刀的使用壽命（見圖5）。

圖5 定刀漸入角示意圖

2 工藝參數

橡膠尺寸 寬度 350～450 mm

長度 600～800 mm

厚度 150～300 mm

重量 30～35 kg

轉子直徑 700 mm

工作寬度 1 000 mm

旋轉刀片數量 4（Nr.8×500 mm）

固定刀片數量 2(Nr.4×500 mm）

刀片打磨使用次數 10次

一次投料量 ≤3塊

篩子孔徑 Φ100 mm

破碎后膠塊平均粒度 40～80 mm

破碎后膠塊最大粒度 90 mm

適應膠塊種類 天然膠及合成膠

電機功率 250 kW

生產能力 ≥8 t/h

換刀片前最小保證產量 1 200 t

膠塊破碎后最高溫升 8 ℃

壓縮空氣壓力 0.6 MPa

冷卻水源 0.25～0.3 MPa，24±2 ℃

噪音 ≤98 dB（距設備1 m處測量）

3 結語

低溫一次法連續煉膠技術的主要優點在于：

（1）由于低溫一次法煉膠技術減少了普通煉膠工藝的分段混煉次數，延長低溫下的混煉時間，增加混合物相互混合的時間大大提高了膠料的物理性能、炭黑分散性能、動態力學性能等。提高混煉膠的均一性，可大大降低后續擠出、壓延工藝中膠部件制品的質量波動，同時，也相應地提高了輪胎質量穩定性。

（2）由于低溫一次法煉膠技術減少烘膠環節，節省了能源；同時避免大塊天然膠進入密煉機混煉不均導致的瞬時電流過大，耗能增加。據有關廠家測算，低溫一次法煉膠技術平均降低用電及蒸汽等能源消耗27%以上，可實現噸膠耗電降低20%左右。

我公司研制開發天然橡膠粉碎機歷時2年的時間，經過反復試驗，反復改進，已經達到設計的工藝要求，整體技術已達國外同類產品先進水平。

TQ330.52

1009-797X(2015)15-0047-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.15.012

王存雷（1982-），男，工程師，主要從事新品開發及設備改造工作。

2014-05-21