新型加壓式捏煉機的發展

王虎法，米鳳龍

(大連第二橡塑機械有限公司，遼寧 大連 116113)

橡膠塑料加壓式捏煉機，在行業中又叫作翻斗式密煉機。作為橡膠塑煉和混煉設備的一種，其作用與下落式密煉機相同。由于其結構緊湊、整體性強、安裝方便、經濟實用性較高，從1998年開始在我國大多數中小橡膠制品企業里得到了廣泛的使用，尤其在電纜、膠管、膠帶、鞋材、密封件、醫用膠塞、工程橡塑、軟木橡膠等諸多企業里的應用非常廣泛。

1 加壓式捏煉機的升級背景

近年來，隨著我國汽車工業和高速鐵路的飛速發展，制造商對橡膠零部件的要求越來越高，使得原有一些橡膠配件已經跟不上市場發展的需求，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展，例如人工橡膠、橡塑共混物等。不同的高分子材料對加工設備的性能需求也不完全相同，我們就是針對這些新型材料的工藝需求，對加壓式捏煉機進行二次開發和改進，完成產品的升級換代，以便在未來更好地服務于市場和廣大客戶。

2 新型加壓式捏煉機的結構改進

2.1 工作原理與結構特征

該機的工作原理與一般密煉機相同，即物料受上頂栓的壓力，在密閉的混煉室內經過以一定速比回轉的兩個轉子之間、轉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。它與下落式密煉機的不同之處，主要在于它沒有下頂栓，是將混煉室進行整體翻轉卸料。該機主要由密煉裝置、翻轉裝置、壓料裝置、減速器、機架、支座、皮帶傳動裝置、氣控（液壓）系統、加熱冷卻系統、底座、電機座、限位支承座等零部件組成。目前已經在原有氣動上頂栓的基礎上開發出了液壓上頂栓結構（如圖1）。

圖1 標準加壓捏煉機與新型加壓捏煉機

2.2 主要部件結構特征與改進

2.2.1 密煉裝置

密煉裝置（圖2）由主電機驅動V形皮帶傳動，帶動減速器通過內齒套聯軸器驅動一對速比齒輪，實現前、后轉子相對回轉運動?；鞜捠遗c左、右側板形成封閉混煉槽體，前、后轉子通過滾動軸承分別固定在左、右側板上，其中前轉子軸承套支承在左（蝸輪箱）、右（滑動）支承座上。后轉子軸承套沒有支承，而由兩個限位支承座，頂靠左、右側板和混煉室底面（在后轉子垂直中線處），以保證傳動，工作平穩?；鞜捠业淖蟆⒂覀劝寰鶠閵A套式焊接結構，與物料接觸的內壁表面進行硬化（鍍硬鉻）處理。轉子的長、短兩個螺旋棱焊接在轉子軸上，用鉆孔方式連通兩個棱體的空腔和轉子軸孔，棱峰及工作部位棱側表面，均堆焊耐磨硬質合金，與物料接觸的整個轉子外表面進行硬化（鍍硬鉻）處理。由于上述結構，能保證工作部位耐腐蝕、耐磨損、壽命長以及較高的熱傳導率，并使膠料換色容易，清料干凈方便。轉子端面密封環為耐磨銅合金鑲嵌固體減磨劑形式，摩擦工作端面不注潤滑劑，亦能保證良好的密封效果，且不污染物料。混煉室底部中間裝設有熱電偶，并與溫控儀相連，用于監控生產過程中物料溫度。

圖2 密煉裝置

作為密煉裝置的核心零件，轉子對膠料的混煉質量非常關鍵。在過去各個捏煉機生產廠家基本都是一種結構類型，不利于膠料多樣化的生產。為此我們對轉子的螺旋角度、螺棱的形式和轉子底徑、外徑做了不同的設計，便于客戶生產工藝的選擇。如圖3所示，對于較硬的膠料選擇A類轉子比較好，此類轉子具有棱體螺旋角小、轉子底徑大，在改善了轉子受力狀況的同時并不影響棱體對膠料的剪切混煉性能，并提高了轉子對膠料的冷卻面積，加快了膠料的熱傳遞，有利于膠料降溫。目前大多數橡膠廠都在使用B類轉子，這種轉子對于同一臺機器生產多種膠料比較合適，它兼顧了對膠料攪拌均勻性和物理剪切較高的特點，但是會減弱個別混煉膠料的分散性能。而對于黏度較低需要短時升溫的膠料選擇C、D類轉子比較合適，由于棱體螺旋角度大，能有效提升膠料在前后轉子間的來回翻轉、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、撕裂的過程中能快速升溫，提高煉膠效率，同時也有較大的功率消耗。

圖3 轉子螺棱展開圖

另外，隨著現代工業的持續發展，嚙合型轉子（如圖4）也逐步安裝在加壓式捏煉機上使用。這類轉子很好地提升了物料的混煉質量，對橡膠膠料的分散均勻性、密實性都有了很好的改善，也能更好地控制混煉過程中膠料的溫度。目前生產廠家基本都采用三棱嚙合結構，其中間棱為主棱，長棱和短棱分布在兩頭，長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。也因為這些原因使得每個生產廠制造出來的嚙合轉子棱型結構不一樣，這樣也勢必會使混煉出來的膠料性能有所差異。

圖4 嚙合型轉子

密封裝置，作為加壓式捏煉機的重要部件，改型前其轉子端面的密封結構（如圖5所示）是依靠4根彈簧壓緊密封定環，同時起到密封環磨損后的補償作用。由于工人在安裝時對4根彈簧的預緊力不均等，就很容易造成兩個密封端面不能完全貼合的現象。這樣不僅造成密煉機工作時的漏粉現象，還很容使密封環過快磨損，影響設備的正常使用，也增加了設備正常維護的困難。

圖5 四彈簧式密封（改型前）

為了提升捏煉機轉子端面的密封效果，新一代捏煉機開發設計出了液壓式密封結構（如圖6所示）。這種密封結構使兩根轉子端面的密封受力完全一樣，避免了密封面受力不均的現象。液壓密封結構主要是采用撥叉式密封，應用杠桿原理把油缸的力通過撥叉傳遞到密封定圈上，使動、定密封圈的密封面緊密貼合，達到有效的密封效果。這種密封方式最大的優點是調整方便，在密封環磨損較大時用戶僅僅需要調整中間螺栓上的螺母，跟進消除密封環磨損產生的間隙，就能使油缸的力均勻地作用在密封定圈上，不會產生四彈簧密封式由于每個彈簧的作用力不同，而造成密封定圈局部磨損嚴重的現象。

圖6 液壓密封結構

2.2.2 翻轉裝置及其液壓傳動系統

新型加壓式捏煉機的翻轉裝置（如圖7）主要由液壓站、翻轉油缸及連板等組成，液壓站設置了驅動電機、低噪音油泵、換向閥、溢流安全閥及過濾器等，通過高壓膠管與翻轉油缸相連接，油缸后端通過銷軸連接固定支座，可以擺動。翻轉油缸前端與連板連接，連板通過轉動件與轉子連接?；鞜捠倚枰D時，啟動液壓站帶動旋轉油缸，油缸活塞桿將連板向后推動，使轉子和混煉室相應轉動一定角度而將膠料卸出；復位時，按動復位按鈕，油缸退回原位。相對于原有的蝸輪蝸桿翻轉結構（如圖8），液壓翻轉有效的避免了蝸輪蝸桿翻轉零件磨損過快的問題，減少了設備維護的困難。另外，在更換翻轉零件時無需拆卸密煉裝置，使得設備的維護也更加方便。

圖7 液壓翻轉裝置

圖8 蝸輪蝸桿翻轉裝置

2.2.3 壓料裝置及液壓系統

本機的壓料結構是融合了標準型捏煉機的氣動結構和下落式密煉機的液壓壓料結構，通過油缸（如圖9）驅動上頂栓的升降，并保證對物料在一定范圍內的壓力；壓料裝置的油缸安裝在機架頂面，上頂栓在油缸活塞桿的推動下對物料進行加壓作用；上頂栓上下運行由電磁換向閥控制，工作時由蓄能器保壓。其結構設計的主要目的是保證捏煉機在工作時上頂栓對物料施加一種相對恒定的壓力，從而獲得更高質量的混煉膠料；另外，沒有了氣動上頂栓的排氣噪音，也減少了設備動力源，節省了設備的投入成本。

液壓系統是新型液壓上頂栓的關鍵部分，其液壓原理（如圖10）主要是通過電磁換向閥控制油缸活塞桿的伸出縮回，同時對蓄能器進行沖壓補壓，達到設定壓力值后電磁閥斷開；在煉膠過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膠料的壓力又保護了上頂栓上下起伏對設備造成的沖擊。對壓料油缸運行速度通過單項節流閥調整其流量的大小來控制整個系統的平穩運行。

圖9 液壓上頂栓（單缸式）

圖10 液壓系統原理圖

另外，在近幾年里隨著橡膠膠料性能的提升，根據膠料生產工藝的需要，也開發出了類似于下落式密煉機的雙液壓缸形式的壓料裝置（如圖11），這種結構對于需要大功率高壓強的煉膠工藝（例如在混煉二段膠時）比較適用。

圖11 液壓上頂栓（雙缸式）

2.2.4 加熱冷卻系統

作為加壓式捏煉機的輔助系統，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。由于加壓式捏煉機與物料接觸的各零部件均設計有夾套式水腔結構，各進、出水（汽）管路均設有截止閥，隨時可調整流體流量，故能保證高效的冷卻、加熱效果。近年來，有不少用戶已經將總進水管路和上頂栓進水管路安裝自動截止閥，這樣可更有效地通過控制冷卻水流量來調節膠料在混煉過程中的熱交換，從而達到控制膠料溫度的目的。

圖12 捏煉機加熱冷卻系統原理圖

2.3 電氣控制系統

隨著網絡技術的發展，用戶對加壓式捏煉機的電氣控制系統也提出了一些新需求；基本都要求配備相應的上、下輔機通訊設備，具備有煉膠過程中混煉參數的實時采集和記憶；也為了完善混煉順序，減少人工因素，對批次處理，混煉規格條件設定、自動化記錄等等，從而確保對膠料品質的管理。

控制系統相較于以前的優勢如下：

（1）結合以前橡膠廠混煉工藝的先進經驗，立足于時間、溫度、功率三大要素，確保煉膠品質均衡而設計出的一套控制軟件，整個過程可實現全程自動化，確保每一車混煉膠效果始終如一。

（2）系統運行后，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， 可去進行配料或開煉等其他工作，步驟完畢后，系統會提示工人再來操作，可提高工人的生產效率。如果配套喂料系統，則會實現全自動化過程。

（3）采用人機界面可以對不同客戶設置不同的配方管理，目前也有很多橡膠廠根據自己的工藝要求采用非標準定制方式，這樣機械廠家也為客戶提供了一些最優化的解決方案。

3 結束語

目前，加壓式捏煉機的使用區域主要集中在亞洲，歐美和非洲相對較少；這也促成了設備的生產區域主要集中在我國大連和華南地區，另外在日本、韓國、印度等地也有生產，但相對產量較低。隨著橡膠混煉工藝技術的創新和改進，結合新材料的廣泛應用,也必定會促使捏煉機的轉子形式和控制系統不斷提升和改進。