第三章開煉機(jī)

第三章開煉機(jī)第一節(jié)概述第二節(jié)基本結(jié)構(gòu)第三節(jié)主要性能參數(shù)與工作原理汽車與機(jī)械工程學(xué)院材料成型與控制工程系第一節(jié)概述使用最早、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、最基本的加工設(shè)備開煉機(jī)主要用于橡膠、塑料和樹脂的塑煉、混煉、熱煉、壓片和對(duì)壓延機(jī)及擠出機(jī)熱煉供料等，也可用于再生膠生產(chǎn)過程的破膠和精煉。表示方式：輥筒工作部分的直徑×長(zhǎng)度，例如f550mm×1500mm第二節(jié)基本結(jié)構(gòu)包括輥筒、輥筒軸承、機(jī)架和橫梁、機(jī)座等主要零部件及傳動(dòng)裝置、調(diào)距裝置、安全制動(dòng)裝置、輥溫調(diào)節(jié)裝置、潤滑裝置等。整體結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)裝置（圖3-1，略）傳動(dòng)裝置包括：電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、大驅(qū)動(dòng)齒輪、小驅(qū)動(dòng)齒輪和速比齒輪等。目前主要有三種不同類型的開煉機(jī)：標(biāo)準(zhǔn)式開煉機(jī)，整體式開煉機(jī)，雙電機(jī)傳動(dòng)開煉機(jī)主要零部件（一）輥筒主要工作部件，要有足夠的強(qiáng)度與剛度，導(dǎo)熱性好，工作面耐磨，硬度高（肖氏硬度最低65~70）。一般采用冷硬法鑄鐵制造。根據(jù)不同要求，輥筒表面構(gòu)型也不一樣。例如用于塑煉、混煉、壓片和供膠的輥筒表面是光滑的。用于熱煉、破膠、洗膠的輥筒表面設(shè)有溝紋。等等。

輥溫調(diào)節(jié)裝置在輥筒內(nèi)腔設(shè)有加熱冷卻裝置，用通入蒸汽或冷卻水來調(diào)節(jié)輥溫。主要有開式和閉式兩種。開式閉式不同輥筒水冷H型旋轉(zhuǎn)接頭冷卻輥壓延機(jī)輥壓延輥與開煉機(jī)輥非常相似，但要求更加精密。其表面粗糙度要達(dá)到0.4~0.8mm。而輥溫控制更為嚴(yán)格。一般采用冷硬鑄鐵或鑄鋼。壓延輥有兩種結(jié)構(gòu)：中空輥筒、鉆孔輥筒。中空輥筒一般采用密閉式控溫結(jié)構(gòu)，采用水或者蒸汽通過輥腔內(nèi)小管進(jìn)行熱交換。這種輥筒的表面溫度分布不均勻，中間溫度要比兩端高7~8℃?？梢栽谳佂矁啥嗽O(shè)置高頻交流電磁板輔助加熱。現(xiàn)代壓延機(jī)一般用鉆孔輥筒，它是在輥筒的表面冷硬層內(nèi)鉆有一系列相互平行的縱向孔，通過縱向孔進(jìn)行加熱或冷卻。鉆孔輥筒比中空輥筒具有下列優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)熱面積約為中空輥筒的兩倍輥筒傳熱快，易于調(diào)溫，傳熱距離小，傳熱效率高鉆孔輥筒中央部位與兩端厚度一致，輥筒表面溫度均勻鉆孔輥筒在保證輥筒溫度要求條件下，輥筒斷面尺寸可增大（或縮?。?，且整個(gè)工作部分均勻一致，使輥筒的剛性大大提高。因而減輕輥筒彎曲，提高產(chǎn)品質(zhì)量。缺點(diǎn)：鉆孔輥筒的制造技術(shù)較高，生產(chǎn)時(shí)需要專用鉆孔設(shè)備。（二）輥筒軸承一般為滑動(dòng)軸承，大型開煉機(jī)也有用滾動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承的軸承體用鑄鐵制造，而軸襯要求耐磨損，承載能力強(qiáng)使用壽命長(zhǎng)，制造和安裝方便，一般采用ZQSn8~12制造。（三）調(diào)距裝置調(diào)距范圍在0.1~15mm之間；輥距過大，速比齒輪會(huì)因嚙合過小而斷齒。調(diào)距裝置的結(jié)構(gòu)形式分為手動(dòng)、電動(dòng)和液壓傳動(dòng)三種。目前多以前兩種為主。前兩種操作方便，但勞動(dòng)強(qiáng)度大；后者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能自動(dòng)退回，操作可靠性差。手動(dòng)調(diào)距裝置如下圖3-6所示。（四）安全制動(dòng)裝置由于手工操作多，工作負(fù)荷大，操作不當(dāng)容易發(fā)生人身及機(jī)械事故，所以需要安全和制動(dòng)裝置。安全裝置由輥筒軸承前端的安全墊片起作用。當(dāng)負(fù)荷超過安全墊片剪切強(qiáng)度極限時(shí)，安全墊片即被剪斷，前輥筒即向調(diào)整螺桿方向移動(dòng)，使輥距增大而避免開煉機(jī)破壞。當(dāng)拉下安全拉桿時(shí)，帶動(dòng)行程開關(guān)動(dòng)作，并導(dǎo)致另外兩個(gè)動(dòng)作：切斷主電機(jī)電源和接通制動(dòng)器的電源。制動(dòng)裝置是使開煉機(jī)克服電動(dòng)機(jī)的慣性轉(zhuǎn)動(dòng)而迅速制動(dòng)。一般采用電磁控制制動(dòng)。（五）翻積膠裝置使膠料翻轉(zhuǎn)，便于膠料進(jìn)一步混煉均勻擋膠器第三節(jié)主要性能參數(shù)與工作原理一、輥速、速比和速度梯度f為速比；v1，v2分別為后輥筒與前輥筒的線速度，m/min不同用途的開煉機(jī)，速比要求不一樣：由于前后輥速度不同，物料在輥距中產(chǎn)生速度梯度。速度梯度(min-1)=V1-V2e=V2e(f-1)二、接觸角與橫壓力積膠量：集聚在輥筒間的物料含量。積膠量通過接觸角來計(jì)算。接觸角：輥筒斷面中心線的水平線和物料在輥筒上接觸點(diǎn)O與輥筒斷面圓心連線的交角，以a表示。輥筒受力橫壓力：物料在輥距間對(duì)輥筒作用的徑向壓力稱為橫壓力。橫壓力的合力是作用于接近輥距最小處，與水平軸線的夾角為5~10°。影響橫壓力的因素：物料愈硬，橫壓力愈大；物料溫度愈低，橫壓力愈大軸距減小，橫壓力增加影響輥距橫壓力的因素三、工作原理這里，F(xiàn)是正壓力的反作用力，m是物料與輥筒的摩擦力f是物料與輥筒的摩擦角，其中a是接觸角。只有當(dāng)摩擦角大于接觸角時(shí)，物料才能進(jìn)入輥距中。物料的可塑度大，溫度高，摩擦角就大。一般摩擦角為38~50°物料在輥距中的受力分布物料在滾隙中得到強(qiáng)烈的擠壓和剪切。擠壓作用是由于物料通過逐漸縮小的輥筒間距而產(chǎn)生，隨著橫壓力的增大而擠壓力增大；剪切作用是由于前、后輥筒有速比而產(chǎn)生，速比較大，切應(yīng)力越大。四、容量與生產(chǎn)能力容量是指開煉機(jī)一次塑煉、混煉裝料量。容量需要根據(jù)物料包裹前輥筒后，并在兩輥筒間有一定數(shù)量的堆積料來確定。生產(chǎn)能力是單位時(shí)間內(nèi)開煉機(jī)的作業(yè)產(chǎn)量，以kg/h表示。q，一次裝料容量，L；D，輥筒直徑，cm；L，輥筒工作部分長(zhǎng)度，cm；K，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.0065~0.0085，L/cm2Q，生產(chǎn)能力，kg/h；r，物料的密度，kg/L；t，一次塑煉、混煉時(shí)間，min；a，設(shè)備利用系數(shù)，一般0.85~0.9五、塑煉、混煉過程中的功率變化規(guī)律功率與輥速、輥距關(guān)系功率測(cè)定記錄密煉機(jī)另一種重要塑煉、混煉設(shè)備。密煉機(jī)的結(jié)構(gòu)：密煉室和轉(zhuǎn)子、加料與壓料裝置、卸料裝置、傳動(dòng)裝置、機(jī)座等部分組成。特點(diǎn)：剪切作用強(qiáng)烈，塑煉效率高；不與空氣接觸，不易氧化分解；同時(shí)也不易排除揮發(fā)份；機(jī)械化程度高，工作安全。物料首先從加料口進(jìn)入密煉室，隨之壓下上頂栓，物料在一定壓力和進(jìn)入密煉室，轉(zhuǎn)子，上下頂栓的蒸汽加熱下，受到剪切、捏合、很快達(dá)到均勻混合、塑化，最后開啟卸料門將混煉好的物料排出。轉(zhuǎn)子與密煉室結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子要求耐磨、耐腐蝕，傳熱性好，一般采用45號(hào)鋼，在工作表面堆焊或者噴涂2~3mm厚的耐磨硬質(zhì)合金。橢圓形轉(zhuǎn)子按其螺旋突棱的數(shù)目，可分為雙突棱轉(zhuǎn)子和四突棱轉(zhuǎn)子Pr為圓周力Pt為切向力T為摩擦力a為轉(zhuǎn)子突棱的螺旋角j為物料與轉(zhuǎn)子金屬表面的摩擦角只有切向力大于摩擦力時(shí)，物料才能作軸向移動(dòng)由于j=37~38°，根據(jù)分析，在轉(zhuǎn)子長(zhǎng)軸旋段，物料僅產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)，起著送料作用及滾壓揉搓作用在轉(zhuǎn)子短螺旋段，物料產(chǎn)生軸向移動(dòng)，物料產(chǎn)生往返切割作用。橢圓形轉(zhuǎn)子的工作原理密煉機(jī)工作時(shí)，物料在密煉室中主要受到幾個(gè)方面的作用：①轉(zhuǎn)子橢圓形外表面與密煉室壁之間的剪切、攪拌和擠壓作用端面為橢圓形的轉(zhuǎn)子與密煉室壁之間的任意位置上都形成一個(gè)連續(xù)變化的間隙，物料通過該間隙時(shí)便受到強(qiáng)烈的擠壓和攪拌作用。轉(zhuǎn)子表面上各點(diǎn)的線速度不同，轉(zhuǎn)子與密煉室壁之間的任意位置上都形成較大的速度梯度且呈連續(xù)變化，使物料受到強(qiáng)烈的剪切作用。轉(zhuǎn)子突棱與密煉室壁所形成的咬角較小，便于物料通過。②兩轉(zhuǎn)子之間的捏合、撕拉作用兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不同，轉(zhuǎn)子表面上各點(diǎn)與轉(zhuǎn)子軸線的距離不等，轉(zhuǎn)子表面的線速度之比不斷變化，物料在兩轉(zhuǎn)子之間受到較好的捏合、撕拉作用。③轉(zhuǎn)子的軸向翻搗、捏煉作用轉(zhuǎn)子表面有兩個(gè)方向相反、長(zhǎng)度不等的螺旋凸棱，一般長(zhǎng)凸棱的螺旋角為30度，短凸棱的為45度，而物料與金屬轉(zhuǎn)子之間的摩擦角大都小于30度，故物料在轉(zhuǎn)子凸棱的作用下沿轉(zhuǎn)子軸線向兩邊移動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)螺旋凸棱和短螺旋凸棱是相對(duì)安裝的，短凸棱所生產(chǎn)的推力較大，從而使得物料在兩轉(zhuǎn)子之間沿軸線來回地翻搗、折卷、交叉，得到強(qiáng)烈的混煉圓筒形轉(zhuǎn)子密煉機(jī)的工作原理兩個(gè)相互嚙合的轉(zhuǎn)子本體呈圓筒形狀，有一條大的螺旋突棱和兩條小的突棱，兩轉(zhuǎn)子以同速作相向運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)