橡膠條生產牽引機構的設計與實現(xiàn)

摘 要：介紹了一種橡膠牽引機構的設計和應用，旨在消除現(xiàn)有橡膠牽引機構在生產過程中的缺陷，如單一牽引機構的限制和對速度變化的不適應性。利用創(chuàng)新的結構設計，實現(xiàn)了對橡膠產品的均勻平穩(wěn)牽引，提高了生產效率和產品質量。

關鍵詞：橡膠牽引機構；張力調節(jié)；生產效率；結構設計

中圖分類號：TH122" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）05-0030-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.05.008

0" " 引言

橡膠制品因其獨特的物理和化學特性，在工業(yè)領域的應用非常廣泛，并且隨著科技的進步，其應用范圍還在不斷擴展。橡膠擠出機牽引設備是橡膠擠出生產線中的重要組成部分，它的作用是對擠出機擠出的橡膠制品進行牽引，以方便后續(xù)的加工處理，如硫化、切割等。牽引機構在生產流程中扮演著關鍵角色，直接影響到產品的質量和生產效率。然而，傳統(tǒng)的牽引機構在多根產品擠出生產中只能進行固定速度的牽引，難以適應橡膠擠出過程中多根產品同時擠出的速度的差異，這往往導致產品尺寸不均勻。為了克服這些缺陷，本文設計了一種創(chuàng)新的橡膠牽引機構，該機構通過結構上的革新和功能的增強，能夠對多根擠出的橡膠制品進行獨立的速度調節(jié)和精確牽引，從而顯著提升了牽引過程的穩(wěn)定性和整體生產效率。

1" " 現(xiàn)行主流橡膠擠出牽引設備

在橡膠制品的生產過程中，牽引機扮演著至關重要的角色。它們不僅負責將擠出機成型后的橡膠制品平穩(wěn)地輸送至下一個加工環(huán)節(jié)，如繞盤、切斷等，還為其操作提供必要的驅動力。傳統(tǒng)牽引機的類型多樣，包括履帶式、皮帶式、絞盤式、皮帶絞盤式、輥道式牽引裝置，每種都以其獨特的方式實現(xiàn)牽引功能[1]。

履帶式和皮帶式牽引機依靠與橡膠制品之間的摩擦力來提供牽引，而絞盤式則通過纏繞橡膠制品來實現(xiàn)；皮帶絞盤式結合了皮帶和絞盤的特點，提供了靈活的牽引方式；輥道式牽引機則利用一系列輥輪來輸送制品，適用于連續(xù)穩(wěn)定的生產流程。盡管這些牽引機在設計和操作方式上有所不同，但它們共同面臨如下挑戰(zhàn)：在多根橡膠制品同時擠出的生產過程中，無法提供差異化的牽引速度以適應各制品的速度差異。這種局限性可能導致產品尺寸不均，影響最終產品的質量。因此，牽引機的主要技術參數(shù)如牽引長度、牽引寬度、牽引速度、中心高和驅動功率，雖然決定了其基本性能，但在實際應用中，這些參數(shù)的固定性限制了牽引機的適應性和靈活性。

為解決這一問題，本文探索并開發(fā)了一款新的牽引技術，以實現(xiàn)對多根擠出制品的獨立速度調節(jié)，從而提高生產效率和產品質量。這種技術創(chuàng)新將使得牽引機能夠根據每根制品的實際擠出速度進行自適應調整，以確保每根制品都能以最佳狀態(tài)進入下一個加工環(huán)節(jié)。通過這種方式，橡膠牽引機將能夠更好地滿足現(xiàn)代橡膠制品生產的需求，實現(xiàn)更高效、更精確的生產過程。

2" " 主體部件設計原理與方案

2.1" " 基本原理設計

針對傳統(tǒng)橡膠牽引設備在處理多根橡膠擠出時速度差異導致的尺寸波動問題，本文提出了一種創(chuàng)新的牽引機構設計。該設計的核心在于為每根橡膠條獨立設置牽引區(qū)域，允許對每根制品進行自適應速度調整。牽引裝置采用圓形結構，利用圓盤外緣與橡膠條間的摩擦力來實現(xiàn)平穩(wěn)牽引。通過內置的張力器，能夠精細調控圓盤與驅動軸之間的扭矩，從而對不同速度的橡膠條進行自適應調節(jié)。每個牽引盤獨立牽引一根橡膠條，通過組合多個牽引盤，實現(xiàn)多根橡膠條的同時牽引。這種模塊化設計不僅提高了牽引過程的靈活性和適應性，還顯著提升了生產效率和產品質量。

2.2" " 牽引機整體結構設計

本研究開發(fā)的橡膠牽引機構主要致力于自動適應橡膠擠出過程中的速度波動，確保生產過程的平穩(wěn)性和產品尺寸的一致性。該設備的結構設計注重穩(wěn)定性和可靠性，其主體結構由支架、電機、轉動軸以及牽引盤等關鍵部件組成，如圖1所示。牽引盤安裝在轉動軸上，根據生產需求，用戶可以靈活調整牽引盤的數(shù)量，以適應不同寬度或數(shù)量的橡膠條牽引。設備的操作邏輯是利用電機將動力傳遞至轉動軸，進而驅動牽引盤旋轉。通過精細調節(jié)牽引盤中張力器的力矩，即使在轉動軸保持固定轉速的情況下，也能實現(xiàn)牽引盤的不同轉速，從而適應橡膠條在牽引過程中對速度變化的需求。這種設計不僅提高了生產的靈活性，還簡化了設備的維護和操作流程。

牽引盤的模塊化設計是本設備的一大創(chuàng)新點，它允許快速調整和更換，以適應不同的生產任務，減少了設備轉換時間，提高了生產效率。此外，模塊化設計還意味著各個牽引盤可以獨立維護，縮短了整體停機時間，提升了設備的可靠性和維護的便捷性。整體而言，這種創(chuàng)新的橡膠牽引機構設計，以其靈活性、穩(wěn)定性和用戶友好性，為橡膠制品生產提供了一種高效的解決方案。

本研究所提出的橡膠牽引機構能夠在保證高效率和高質量生產的同時，提供穩(wěn)定可靠的牽引力，滿足多樣化的橡膠產品生產需求。

2.3" " 牽引盤設計

本文提出的創(chuàng)新型牽引盤的設計方案，需要滿足固定結構簡潔、穩(wěn)定、易于裝配等特點。牽引盤的選擇旨在實現(xiàn)最佳的摩擦力和牽引效果，牽引盤的直徑根據實際應用經驗確定為？準400 mm。此直徑設計確保了牽引盤既能產生足夠的牽引力，以滿足常規(guī)橡膠條的牽引需求，又能實現(xiàn)設備空間占用小，滿足與烘道靈活匹配的需求。牽引盤內部集成的張力器是設計中的另一創(chuàng)新點，如圖2所示。擠出過程中，多根橡膠條在同一牽引速度下，速度慢的膠條會承受更多的拉伸力，如果不能調整速度，橡膠條的截面尺寸將會出現(xiàn)變化。本設計中，通過張力器來解決不同橡膠條受力不同的問題，通過設定張力器的最大張力，能敏感地響應橡膠條因擠出速度的變化而產生的摩擦力的波動，并動態(tài)調整牽引力。這種自適應調整能力保證了牽引過程的穩(wěn)定性和一致性，從而提高了產品質量。與傳統(tǒng)的牽引設備相比，磁滯扭矩式張力器的優(yōu)勢在于其能夠提供穩(wěn)定的牽引力輸出，同時簡化了控制系統(tǒng)的設計。

為進一步提升牽引盤的適應性，其邊緣特別設計為V形口結構，如圖3所示。這種結構設計使得牽引盤能夠自動適應不同直徑和截面的橡膠條產品。V形口的幾何形狀有助于在牽引過程中實現(xiàn)最大牽引力的獲取，從而優(yōu)化了牽引效果。這種設計不僅提高了牽引效率，還減少了因產品尺寸變化而導致的牽引力波動，進一步提升了產品的尺寸一致性和表面質量。

2.4" " 牽引包覆角設計

橡膠條牽引過程，主要是通過牽引盤與橡膠條產生的摩擦力將電機驅動力轉變?yōu)閷ο鹉z條的牽引力。摩擦力的極限值取決于橡膠條材料、包覆角（橡膠條與牽引盤的接觸角）大小等因素，牽引力F與包覆角θ越大，摩擦力的極限值也越大。因此，牽引機構在工作中，必須維持包覆角不過小[2]。

本設計參考皮帶包覆角的計算方案進行計算。結合實際制程經驗，不同截面的橡膠條制品被拖出烘道的力預計在50 N以下，因此將其作為牽引力的初始值，確定橡膠條和牽引盤在動態(tài)過程中的最佳包覆角。

根據下式進行計算：

F1/F2=eμθ

式中：F1為橡膠條和牽引盤摩擦力（圖4）；F2為橡膠條在輸出側的自然重力（圖4）；e為自然對數(shù)的底；μ為摩擦系數(shù)；θ為包覆角弧度。

θ=α×π/180

式中：α為包覆角度（圖4）。

根據實際經驗，F(xiàn)1=50 N，F(xiàn)2=1 800 g，折算自然重力約等于17.5 N，硅膠材料和鋁的摩擦系數(shù)為0.4，以此作為初始條件，依照前述公式計算橡膠條在牽引盤上的包覆角約等于150°。

通過上述計算，可以確定在本設計的牽引機上，橡膠條在牽引盤上的最小包覆角θ≥150°時，即可滿足本設計牽引機的牽引力需求。

2.5" " 與現(xiàn)行烘道的接口設計

由于包覆角的要求，牽引機與擠出烘道出口的銜接需要進行設計，并在實施過程中嚴格遵守。

垂直烘道：橡膠條牽引方向通過導輪引導，根據包覆角要求，導輪與牽引盤中心線之間的距離≤1 500 mm為最佳，如圖5所示。

水平烘道：橡膠條牽引方向通過導輪引導，根據包覆角要求，導輪與牽引盤中心線之間的距離≤1 000 mm為最佳，如圖6所示。

3" " 牽引設備驗證

本文設計的牽引機構已經成功應用在橡膠擠出生產中，可以靈活配合水平烘道或者垂直烘道，進行橡膠條牽引作業(yè)。牽引過程穩(wěn)定可靠，并且可以實現(xiàn)4～6根橡膠制品同時擠出，擠出速度適應范圍1～12 m/min。牽引設備與水平烘道或垂直烘道按照設計距離配合使用，具有占地面積小、牽引力穩(wěn)定的特點。

4" " 結論

本文針對現(xiàn)有橡膠牽引機構在生產過程中的局限性，提出了一種創(chuàng)新的橡膠牽引機構設計。通過結構上的革新和功能的增強，本設計實現(xiàn)了對多根擠出的橡膠制品進行獨立的速度調節(jié)和精確牽引，顯著提升了牽引過程的穩(wěn)定性和整體生產效率，而且在提高生產效率、保證產品質量、簡化操作維護等方面具有顯著優(yōu)勢。本設計已經在橡膠制品生產中得到了應用，在提升生產效率方面效果顯著，希望該技術可為相關企業(yè)提供技術改進和升級的參考。

[參考文獻]

[1] 橡膠塑料擠出機和擠出生產線 第3部分：牽引裝置的安全要求：GB 25431.3—2010[S].

[2] 邱宣懷.機械設計[M].4版.北京：高等教育出版社，1997.

收稿日期：2024-11-28

作者簡介：尚晨光（1978—），男，河北灤縣人，工程師，研究方向：導電橡膠材料制程中新工藝以及特殊設備的設計與加工。