淺談自動化生產線在天然橡膠生產中的應用

摘 要：天然橡膠是國家的重要戰略物資，在軍事國防上應用十分廣泛，而我國的天然橡膠生產線仍比較落后，生產能力較低，能量消耗很大，而且需要大量人工操作，勞動強度高。本文中介紹的天然橡膠自動化生產線，具有自動化程度高，生產能力高，人工需求量小等優點。

關鍵詞：天然橡膠，自動化，洗膠罐，擠壓脫水機、干燥箱，薄膜包裝機，機器人。

天然橡膠是一種以聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物，是應用最廣泛的通用橡膠。

天然橡膠一直是國家的重要戰略物資，在軍事國防上應用十分廣泛，包括軍事裝備、空軍設施、國防工程等。我國是世界第一大天然橡膠消費國，也是世界第一大天然橡膠進口國。

經過60多年的發展，我國在海南、云南等地區已建成了天然橡膠生產基地，并且已成為世界第五大天然橡膠生產國。但其加工工藝仍比較落后，以傳統的多級壓縐多級脫水、大槽長時間烘干為主要工藝手段，橡膠品質難以保障。

工藝流程如下：

膠樹割膠→膠乳過濾→膠乳的混合和稀釋→膠乳凝固→多級壓薄→壓縐→造粒→裝烘干槽→烘干→出膠→稱重→壓塊→重量檢測→金屬檢測→裹薄裝袋→人工裝箱→叉車入庫

該生產工藝流程較長，占地面積大，生產效率低。多級壓薄、壓縐及造粒工序時需要大量水做載體，耗水量大，設備較多導致能耗也高，環境污染比較嚴重。另外生產過程中需要大量人工操作，工作強度大，生產效率低，并且隨著近幾年中國經濟迅速發展，人工成本大幅度提高，非常不利于行業的發展。因此，傳統的天然橡膠生產工藝已經遠不能滿足社會發展需求。

相比之下，合成橡膠后處理采用的自動化生產線，其工藝已日趨成熟、穩定、可靠，尤其在大批量生產中采用自動化生產線能提高勞動生產率，穩定和提高產品質量，改善勞動條件，減小占地空間，降低生產成本，縮短生產周期，保證生產均衡性，有顯著的經濟效益。

工藝流程圖如下：

膠樹割膠→膠乳過濾→膠乳的混合和稀釋→膠乳凝固→壓薄→壓縐→造粒→洗膠罐清洗→擠壓脫水→干燥→箱干燥→稱重→壓塊→金屬檢測→重量檢測→裹薄裝袋→機器人裝箱碼垛→叉車入庫

該天然橡膠自動化生產線主要由洗膠罐（1）、擠壓脫水機（2）、干燥箱（3）、稱重壓塊單元（4）、金屬檢測單元（5）、重量復檢單元（6）、裹膜包裝單元（7）以及機器人裝箱碼垛單元（8）組成。

通過自動化生產線工藝流程與傳統生產線工藝流程相比，由多級壓薄變成單級壓薄，工序減少，能耗降低，生產率提高。膠料經過造粒后進入洗膠罐內清洗。

洗膠罐內預先注滿水并加入清洗劑，其內部的攪拌機構在電機的驅動下勻速攪拌罐體內的液體，這使懸浮在液體中的膠粒在攪拌機構的作用下被充分洗滌，清洗后的膠粒在離心力的作用下被甩到罐壁處，這時在螺旋輸送機的作用下與水一同被輸送到擠壓脫水機。

擠壓脫水機是自動化生產線的核心設備，集擠壓脫水和膨脹造粒二者于一體，主要由電動機1、減速箱2、進料斗3、擠壓段4、膨脹段5、螺桿組件6、底座7、模板裝置8、出料斗9及切刀裝置10組成。

擠壓脫水機主要是通過螺旋擠壓的方法將膠料內的水分脫出，不破壞橡膠的分子鏈結構，所以不會改變橡膠的原有特性，脫水過程為：膠料由進料斗3進入，在電動機1的驅動下帶動螺桿組件6旋轉，螺桿組件6上安裝多節螺套，每節螺套上的螺棱高度及螺距都是變化的，該結構會使空間和轉速都會發生改變，即螺桿組件6與擠壓段4之間的間隙較大，造壓較低，該段主要功能是將膠料表面的游離水擠出。膠料到達膨脹段5時，螺桿組件6與膨脹段5之間的間隙逐漸減小，造壓逐漸升高，同時由于螺套上螺距的變化還會產生速度的改變，此時的膠料已處于高溫、高壓狀態，在螺桿組件6的持續推動下進入模板裝置8，模板裝置8上裝有許多直徑僅為幾毫米的小孔，處于高溫、高壓的膠料從這些小孔內擠出，擠出的膠料由高壓狀態突然變為常壓，由于橡膠固有的回彈特性，膠料會產生膨脹現象，即“閃蒸”，此過程會將膠料內部的水分閃蒸出來，達到脫水的目的。為方便后續的稱重作業，由切刀裝置10將閃蒸后的膠料切成細小的膠粒，以滿足稱重精度，最后膠粒通過出料斗9進入下一工序—干燥箱干燥。

干燥箱的作用是將由擠壓脫水機出來的膠粒進一步干燥，達到最終的含水率指標要求。干燥箱主要由輸送部分及熱風部分組成，膠粒在干燥箱內輸送的同時被熱風加熱，在同時滿足溫度和時間的前提下，使膠粒的水分進一步降低。

經過干燥箱干燥的膠粒已經滿足含水率要求，下一步進入稱重壓塊單元，電子秤會按照預先設置的參數自動稱重，達到要求數值時進料門關閉，停止進料，放料門打開放料，進入壓塊機內壓塊。

成型的膠塊在輸送機的作用下輸送至金屬檢測單元和重量復檢單元，如膠塊內含有金屬，金屬檢測機會發出聲、光報警，到達重量檢測單元時，重量不合格的膠塊會被自動剔除下線，由操作人員處理完后再搬入生產線上，整條生產線僅需在此工位設置一名操作員即可。

合格的膠塊繼續由輸送機輸送至裹膜包裝單元，通過薄膜包裝機將膠塊表面包裹一層聚乙烯薄膜，方便后續的裝箱、碼垛作業。

最后，裹膜的膠塊被輸送至裝箱、碼垛單元，該單元主要由托盤倉、多臺輸送機及機器人組成，機器人在程序的控制下將輸送過來的膠塊進行裝箱、碼垛作業，最后由叉車將滿垛盤或滿箱的膠塊運至庫房，完成整條線的自動化生產作業。

綜上，天然橡膠生產需要具備安全、環保、良好的工作環境，讓我國的天然橡膠生產工人能夠從艱苦的工作環境中徹底擺脫出來， 所以采用自動化生產線有著重要意義。

作者簡介：

邢桂林（1979—），男，本科生，主要從事自動化生產線的設計與研發.