順丁橡膠擠壓脫水機(jī)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

馬志濤

(哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078)

近幾年來(lái)，由于我國(guó)自主研發(fā)的順丁橡膠生產(chǎn)工藝日趨成熟，鎳系順丁橡膠在我國(guó)的生產(chǎn)規(guī)模發(fā)展十分迅速。在順丁橡膠后處理的橡膠干燥生產(chǎn)過(guò)程中，由凝聚單元輸送過(guò)來(lái)的膠水混合物經(jīng)緩沖罐、振動(dòng)脫水篩、洗膠罐等設(shè)備之后進(jìn)入擠壓脫水機(jī)，此過(guò)程是含水量較高的生膠物料在干燥前期必須的關(guān)鍵步驟之一[1]。橡膠擠壓脫水機(jī)的主要的特點(diǎn)為設(shè)備體積小、占地面積小、控制方便、能耗低，采用漸開線齒輪傳動(dòng)，具有噪音低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、承載力大，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。國(guó)外的橡膠擠壓脫水機(jī)供應(yīng)商主要有Anderson、French和Welding[2]。國(guó)內(nèi)以哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化股份有限公司的橡膠后處理成套設(shè)備為主導(dǎo)。

1 擠壓脫水機(jī)的工作原理

含水率為40%～60%的膠粒由脫水篩經(jīng)過(guò)渡料斗進(jìn)入擠壓脫水機(jī)，在螺旋輸送增壓作用下，將分散在膠粒和膠粒之間的游離水清除掉，膠向前推進(jìn)，水由各機(jī)體上的排水點(diǎn)排入排水槽，從而達(dá)到將膠中的水脫除的目的，并且通過(guò)機(jī)械銷釘剪切及筒體蒸汽加熱適當(dāng)提高進(jìn)入膨脹干燥機(jī)的物料溫度，為膨脹干燥做好能量?jī)?chǔ)備的基礎(chǔ)。為減小膨脹干燥機(jī)能耗和得到優(yōu)質(zhì)生膠，必須嚴(yán)格控制進(jìn)入膨脹干燥機(jī)的生膠含水率，通常生膠從擠壓機(jī)模板擠出，由切刀切碎后，進(jìn)入膨脹干燥機(jī)。經(jīng)擠壓脫水機(jī)擠壓脫水后，生膠含水率為8%～12%較為合適[3]。

擠壓脫水機(jī)的主體結(jié)構(gòu)包括：進(jìn)料斗、主螺桿、錐筒體、直筒體、可調(diào)模板和出料斗。簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 順丁橡膠擠壓脫水機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 存在的主要問(wèn)題

后處理工段主要是將上游輸送的橡膠顆粒中水分和灰分控制在質(zhì)量指標(biāo)之內(nèi)，并要負(fù)責(zé)控制橡膠產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，排除物料的溫度、加料量、物料的pH值、含油量及分散劑的含量等因素以外，擠壓脫水機(jī)的下料斗及進(jìn)料裝置、螺桿、筒體、襯套、機(jī)頭模板與切刀、籠條的間隙或模孔大小，這些工藝條件對(duì)于脫水效果和干燥效果、生產(chǎn)能力、成品性能和設(shè)備壽命都有很大影響。

順丁橡膠的生膠比較柔軟，粘黏性較強(qiáng)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而設(shè)計(jì)制造出更為先進(jìn)合理的順丁橡膠擠壓脫水機(jī)。

以往的擠壓脫水機(jī)主體采用籠條式結(jié)構(gòu)，籠條式擠壓脫水機(jī)的缺陷如下：

（1）進(jìn)料時(shí)擠壓機(jī)不吃料、膠料堆積。

（2）漏膠，擠壓脫水的壓力較低，摩擦過(guò)程中沒有足夠的正壓力，物料可能會(huì)纏在螺桿上，導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)量較低。

（3）籠條清理周期短，清理時(shí)需要全機(jī)分解，工作量大，導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（4）膠料整體擠壓時(shí)，水分從膠塊內(nèi)部跑到表面所需的時(shí)間長(zhǎng)，途徑不暢。

（5）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差，水蒸汽和廢水回收不易。

3 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

針對(duì)上述問(wèn)題重新設(shè)計(jì)無(wú)籠條順丁橡膠擠壓脫水機(jī)，主要改進(jìn)如下。

3.1 進(jìn)料斗

進(jìn)料口高度減小，檢修和清理工作更加容易操作。整體采用焊接結(jié)構(gòu)，降低整體料斗重量。

3.2 螺桿

螺套材質(zhì)采用特種不銹鋼，改善原螺套的防腐蝕能力，同時(shí)減小螺套的熱膨脹系數(shù)，降低螺套對(duì)主軸產(chǎn)生的拉伸力。主軸采用合金結(jié)構(gòu)鋼鍛件，更利于機(jī)械加工，從而降低主軸廢品率，節(jié)約成本。螺桿分為進(jìn)料段、壓縮段、混合段三部分。螺桿結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 螺桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

進(jìn)料段的改進(jìn)主要是減小進(jìn)料段螺旋直徑，使膠料更容易進(jìn)入壓縮段，減少返膠現(xiàn)象。

壓縮段采用錐形設(shè)計(jì)，適當(dāng)分配該區(qū)段螺桿螺距遞減率，讓物料產(chǎn)生壓力，將膠?？p隙中的游離水排出。并且在該段螺套葉片根部增加返水槽結(jié)構(gòu)，讓擠壓后產(chǎn)生的水回流，從錐筒體排水點(diǎn)排出。

混合段通過(guò)控制螺桿壓縮比和機(jī)頭回流比，準(zhǔn)確控制混合生熱過(guò)程和生熱量；螺桿末端適當(dāng)加寬螺紋寬度，提高溫控的控制精度；螺桿末端設(shè)置雙頭螺紋段，提高混煉能力和汽固兩相的分布均化程度；加大螺桿混合段的長(zhǎng)度，加大螺桿懸浮握持力，減少螺桿和筒體的摩擦；通過(guò)改變螺桿轉(zhuǎn)速，適當(dāng)控制能量輸入，使膠料適度生熱，防止蓄能不足和過(guò)熱現(xiàn)象的出現(xiàn)；采用快速生熱結(jié)構(gòu)，縮短膠料在高溫區(qū)逗留的時(shí)間，確保成品膠的質(zhì)量；利用水的潤(rùn)滑作用和吸熱作用，防止高分子鏈被拉斷，降解，塑化，變性等現(xiàn)象。

3.3 錐筒體

錐體簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)如圖3所示，擠壓脫水機(jī)錐筒體設(shè)置排水口，由于在該處螺旋對(duì)物料擠壓力升高，大量水從該段產(chǎn)生，為使游離水快速排出，需加大排水面積。篩網(wǎng)采用約翰遜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不易堵膠。篩網(wǎng)與錐筒體為翻門形式，方便打開維護(hù)清理。錐筒體內(nèi)部焊接膠料導(dǎo)向條，提高摩擦力且將壓縮后的水從錐筒排水點(diǎn)排出。筒體內(nèi)部設(shè)置剪切螺釘，防止物料纏軸。

圖3 錐筒體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.4 直筒體

直筒體結(jié)構(gòu)如圖4所示，擠壓脫水機(jī)直筒體為夾套結(jié)構(gòu)，夾套內(nèi)部通入熱蒸汽，為機(jī)體預(yù)熱，控制物料溫度。直筒體內(nèi)部設(shè)有襯套，襯套分為兩段，靠近錐筒部分帶線切割矩形槽，增大筒體的摩擦力并讓游離水回流?？拷０逡r套為光滑筒，以阻止游離水前進(jìn)而從模板處排出，兩種襯套表面均采用硬化處理，以增加其硬度及耐磨性。

圖4 直筒體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.5 模板和切刀

模板為可調(diào)結(jié)構(gòu)，采用滲氮處理。動(dòng)、靜兩模板采用錯(cuò)位的形式布置，結(jié)構(gòu)如圖5所示，動(dòng)模板通過(guò)直線推桿驅(qū)動(dòng)可在線調(diào)整?？椎拈_口面積，通過(guò)控制模孔的孔徑大小調(diào)節(jié)脫水率，使擠壓脫水機(jī)適用于不同產(chǎn)量的膠料。切刀為拋物線切韌切刀(結(jié)構(gòu)如圖6所示)，防止切下的膠料沾壁，結(jié)構(gòu)為兩體式六刃切刀，可隨時(shí)拆卸，以便調(diào)整與模板間隙。

圖5 ?？渍{(diào)整機(jī)構(gòu)

圖6 旋轉(zhuǎn)切刀

3.6 下料斗

下料斗為左右兩體式結(jié)構(gòu)，方便打開維護(hù)清理，下料斗內(nèi)表面采用拋光處理，由于順丁橡膠生膠黏性大，筒壁易掛膠，因此在下料斗上設(shè)置大面積觀察窗，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中突發(fā)問(wèn)題。

4 結(jié)論

（1）擠壓脫水機(jī)進(jìn)料段進(jìn)料吃料穩(wěn)定，可以確保后處理設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)。膠料在筒體壓縮時(shí)突破氣阻和料阻，確保進(jìn)入筒體內(nèi)的膠料在沒有軟化之前被及時(shí)的壓縮到機(jī)頭所需要的壓力。被壓實(shí)的膠料在螺桿的剪切作用下變成由膠、水、揮發(fā)份構(gòu)成的氣固兩相的均勻混合物，并適度升溫、發(fā)泡，做好膨化前的能量積蓄準(zhǔn)備。擠壓脫水機(jī)的出口壓力：≤0.8 MPa，出口溫度：90～110 ℃。總體運(yùn)行平穩(wěn)，出料均勻，保證了后續(xù)膨脹干燥機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）新的無(wú)籠條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，改善了膠料進(jìn)料不暢的問(wèn)題，安裝方式可靠，降低了膠料的泄漏率，增加了擠壓脫水機(jī)的筒體壓力。由于無(wú)籠條，避免了清理時(shí)需要全機(jī)分解，出現(xiàn)的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，從而延長(zhǎng)了擠壓脫水機(jī)的運(yùn)行周期，提高生產(chǎn)效率。

（3）針對(duì)螺桿、筒體、模板、切刀等部位的綜合設(shè)計(jì)改進(jìn)，縮短了膠料整體擠壓時(shí)水分從膠塊內(nèi)部跑到表面所需的時(shí)間，從而確保了順丁橡膠擠壓脫水的質(zhì)量和效率。

（4）無(wú)籠條順丁橡膠擠壓脫水機(jī)改善廠房環(huán)境，有利于工人操作機(jī)維護(hù)，提高企業(yè)形象。