適用于白炭黑煉膠工藝的320 L嚙合型密煉機

張仁廣，于江，郝海龍，劉麗

(大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧 大連 116036)

適用于白炭黑煉膠工藝的320 L嚙合型密煉機

320 L meshing mixer for white black rubber mixing process

張仁廣，于江，郝海龍，劉麗

(大連橡膠塑料機械有限公司，遼寧 大連 116036)

介紹了一種為滿足白炭黑煉膠工藝的嚙合型密煉機，詳細介紹了白炭黑煉膠工藝對設備的要求，以及為滿足這些要求，對設備所作出具有針對性的改進和特殊處理；同時還介紹了該設備的結構和特點。

白炭黑；嚙合；轉子；恒溫煉膠；密煉機；結構

近15年來，由于歐洲和北美對環保和節能要求日益嚴格，對輪胎提出了新的要求，即所謂的“綠色輪胎”，綠色輪胎具有彈性好、滾動阻力小、耗油低、生熱低、耐磨、耐穿刺、承載能力大、乘坐舒適等優點，是以后輪胎市場的發展方向；而滿足生產出綠色輪胎的必要條件是在煉膠環節中添加一種必不可少的原料——白炭黑，其主要成分是二氧化硅多水化合物。由于白炭黑的物理特性和化學特性，其在煉膠過程中也對煉膠設備提出了新的要求，要求煉膠設備能滿足工藝需要，使煉膠效果達到制造綠色輪胎的要求。

在這個前提要求下，大連橡膠塑料機械有限公司（以下簡稱大橡塑）根據市場走向，適時的開發出了適合白炭黑工藝的320 L嚙合型密煉機，同時由于320 L嚙合型密煉機的生產能力與270 L切線型密煉機的生產能力相當，并且嚙合型密煉機具有更好的煉膠質量，所以可以廣泛替代目前的切線型270 L密煉機。

下面就簡單介紹一下320 L 密煉機的主要結構、特點。

1 白炭黑煉膠工藝對密煉設備的要求

由于白炭黑的主要成分是二氧化硅多水化合物，其本身并不能使輪胎性能更好，需要在膠料中加入一種配合劑——硅烷，其具有很強的活性，不允許與氧氣和水接觸，據有相關資料介紹，膠溫在145~155 ℃時硅烷化效果最好，而就煉膠工藝而言，白炭黑的分散主要發生在混煉初期，為得到好的硅烷化效果，最主要是依賴于溫度，膠溫高的情況下，可以縮短混煉時間，并提高生產效率，但又要防止過硫反應。所以理想的煉膠條件是：煉膠溫度的有效控制與保持、密煉空間內溫度的均一性，即恒溫煉膠。

另外，由于白炭黑自身較高的物理硬度，對設備的磨損比較嚴重；同時硅烷化反應的附加產物對設備有一定的影響，所以膠料接觸面必須要進行耐磨耐腐蝕 處理。

綜上所述：適用白炭黑煉膠工藝的密煉設備必須要具備很好膠料分散性，溫度控制靈敏性、以及恒溫保持與均一性，實現恒溫煉膠；密煉室、轉子、卸料門、壓砣等與膠料接觸面必須耐磨耐腐蝕。

2 設備主要技術參數

密煉室總容積：326 L ；

有效容積：212 L（填充系數0.65）；

轉子形式：嚙合型轉子；

轉子轉速：5~50 r/min，速比1:1；

主機功率：1 500 kW；

壓砣壓力：0.06~0.6 MPa（液壓上頂栓）。

3 主要部件介紹

該320 L密煉機由加料裝置、壓料裝置、密煉裝置、卸料裝置、鎖緊裝置、端面密封裝置、液壓站、溫控單元、潤滑系統等主要部件組成，值得注意的是，該型號的密煉機沒有傳統密煉機中的大底座。

3.1 壓料裝置

壓料裝置雙立柱導向桿結構，同樣采用雙油缸對角線布置的驅動方式，油缸活塞桿一側鉸接在橫梁上，缸體一側鉸接在連接座上；壓砣與推桿仍然采用法蘭剛性連接方式，冷卻水管在推桿中間與壓砣相連接，能有效保證冷卻水不滲漏。壓砣采用單面坡結構，底面為V型結構，在四角處安裝有可以更換的耐磨條。

在壓料裝置中還可以配備外置式位移傳感器，可以在整個運行過程當中即時顯示并控制壓砣的位置。參見圖1。

圖1 壓料裝置結構示意圖

3.2 加料裝置

在加料裝置中，其左右側墻、后墻、上梁等均采用了整體厚鋼板結構，替代了以往的薄鋼板焊接結構，使加料裝置不但外形簡單整潔，還加強了整體的強度，能有效防止變形。整個加料裝置的后墻板設有炭黑投料口，左右側墻預留有輔助投料口。另外，該機臺加料裝置的一個顯著特點是：料口寬度大于加料門寬度，由此形成的凸臺具有導向的作用，能有效限制壓砣在下壓過程當中受彎矩而產生變形所帶來的影響。

為適應白炭黑的煉膠工藝，整個加料通道內表面同樣進行了防腐蝕處理。參見圖2。

圖2 加料裝置結構示意圖

3.3 密煉裝置

該機臺的密煉裝置采用了新型嚙合型轉子，大橡塑專利的加長一體式焊接邊支架，液壓式端面密封。在轉子出水端安裝有軸向推力軸承，能有效保證轉子在工作狀態時軸向穩定性，不會來回串動。在出水端邊支架上安裝有一個測溫熱電偶，以監測膠料溫度；在密煉室上安裝有單向注油閥。在密煉室入口處四周同樣的安裝有耐磨板。參見圖3。

圖3 密煉裝置結構示意圖

（1）密煉室

密煉室采用薄壁筒焊接結構，為保證強度，在薄壁筒圓周方向上焊接了加強筋板。其中密煉室壁體毛坯為整筒鍛造結構，能有效保證室壁體質量。 參見圖4。

圖4 密煉室結構示意圖

（2）邊支架

邊支架為焊接件，采用加高一體落地式結構。該結構為大橡塑公司專利，為安裝鎖緊裝置提供空間和基礎。參見圖5。

圖5 邊支架結構示意圖

（3）新型嚙合型轉子

該密煉機采用了新型嚙合型轉子，轉子體為合金鋼鑄件結構，轉子軸鍛造。

該新型轉子的結構特點是：轉子棱的布局設計有利于膠料在密煉空間里從轉子兩側向中間推進，改善了轉子在煉膠過程中軸向的受力情況，加大了膠料在密煉室里往復折返空間，有利于膠料的攪拌與混合；同時轉子棱截面的設計以及棱的布置增大了轉子間的嚙合區域，增加了膠料在轉子棱間的嚙合作用，有利于膠料的分散與均勻?？梢哉f，該轉子的煉膠效果達到了一個新的層次。參見圖6。

圖6 轉子結構示意圖

3.4 卸料裝置

卸料裝置采用了雙齒條齒輪下落式排料方式，有齒輪齒條油缸驅動卸料門軸，帶動卸料門進行旋轉實現關門與開門動作。整個裝置主要由卸料門，焊接式卸料門座，卸料門軸，卸料油缸等主要部分組成。

卸料門為加長式結構，與擋圈接觸密封，在門體中間帶有2個測溫熱電偶。卸料門軸采用了階梯狀設計，安裝時只能從出水端向傳動端插入，該方式既方便安裝與拆卸，同時也限制了卸料門軸軸向串動。參見圖7。

圖7 卸料裝置結構示意圖

3.5 鎖緊裝置

鎖緊裝置采用了新型鎖緊結構（該結構已經成功申請專利），其固定方式不同于傳統結構，因該320 L密煉機沒有大底座，所以整個鎖緊裝置通過鎖緊底座固定在密煉裝置的左右邊支架上。

該結構中的鎖緊底座采用焊接式結構，最大限度的減少螺栓連接方式，以避免產生螺栓松動的問題。

該鎖緊結構的主要特點是：由于鎖緊裝置在工作當中所受沖擊力較大，這些沖擊力來源于密煉裝置，通過卸料裝置傳遞給鎖緊裝置，而整個鎖緊裝置又是固定在邊支架上，所以到最后，力又傳遞到密煉裝置上，從外部看，整個裝置的受力情況是封閉的。這個結構可以說從根本上解決了傳統結構中將鎖緊裝置固定在大底座的螺栓的松動問題。

同時該結構嚴格控制了鎖緊油缸的行程，使鎖緊最大行程不會超過曲拐鎖緊時的死點，以避免產生過鎖現象，造成不必要的麻煩。參見圖8。

圖8 鎖緊裝置結構示意圖

3.6 端面密封裝置

本機的端面密封裝置采用油壓式密封結構。每套密封裝置采用3油缸推動定圈，一臺設備上的4套密封裝置共12個油缸，所有端面密封油缸的液壓管路是相通的，有效保證工作狀態下各個密封面密封壓力一致。

每套密封裝置的潤滑有接觸面潤滑油與工藝軟化劑之分，其中潤滑油3個點，工藝軟化劑2個點，能有效保證潤滑與密封效果。另外，定圈通水冷卻，有效降低了密封面工作時的溫度，延長了動定圈的使用壽命。該機臺動定圈的搭配方式為合金與合金的搭配方式。參見圖9。

圖9 端面密封裝置結構示意圖

4 主要技術特點

為滿足白炭黑煉膠工藝，本機臺與膠料接觸部分進行了硬化處理，包括壓砣底部的V型面，密煉室內表面、擋圈、卸料門，以及加料口通道內壁，均采用特殊的硬質合金及特殊的堆焊工藝，以保證耐磨性和耐腐蝕性。

同時為提高冷卻效果及冷卻控制，壓砣，卸料門，密煉室以及擋圈均采用鉆孔冷卻方式，并且改進鉆孔冷卻流道結構，增加了冷卻面積，并減少了冷卻水流通阻力，以達到冷卻效果和恒溫控制性能。

為更好的實現轉子的冷卻效果，轉子的冷卻方式為強制循環冷卻，其冷卻流道由不封閉的C形環流道串聯而成，環與環之間由小角度螺旋槽流道過渡。該結構增大了冷卻面積，能有效的保證和控制轉子整體的冷卻效果。轉子表面進行了耐磨耐腐蝕處理，堆焊了特殊材質的微裂紋合金，并且采用獨有的堆焊工藝使其比普通的硬質合金更加耐磨，更能滿足白炭黑的煉膠工藝要求。

為更好的監測煉膠溫度以及控制，使密煉空間內的膠料溫度保持一致，實現恒溫煉膠，該設備共安裝3個測溫熱電偶，出水端邊支架上1個，卸料門上2個，用來控制及輔助檢測煉膠溫度以及控制密煉機排膠。

5 結語

大橡塑320 L嚙合型密煉機是專門為滿足白炭黑煉膠工藝要求而研制的一種密煉機，同時在結構上和工藝上作出了相應的改進和創新，大大提高了設備性能，能有效實現恒溫煉膠，滿足白炭黑煉膠工藝的需要。同時其生產能力與270 L切線型密煉機的生產能力相當，并且嚙合型密煉機具有更好的煉膠質量，具有廣泛的適用性。

（R-01)

TQ330.43

1009-797X(2016)07-0023-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.07.006

張仁廣（1980-），男，高級工程師，畢業于東北大學機械工程與自動化學院，現主要從事密煉機、擠出壓片機等的設計工作，Buzuluk公司密煉機項目組中方負責人，已累計在捷克工作近9個月。

2016-01-20