SK型兩輥煉塑機(jī)的分析與改進(jìn)

潘佳佳 朱壯生 舒曉春

（1.巨一科技股份有限公司，安徽 合肥 230000；2.長虹美菱股份有限公司，安徽 合肥 230000；3.宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 宣城 242000）

1 兩輥煉塑機(jī)的介紹

1.1 兩輥煉塑機(jī)的發(fā)展歷史

兩輥煉塑機(jī)又叫開煉機(jī)， 全稱開放式煉膠機(jī)，是橡膠工業(yè)中的基本設(shè)備之一，也是三大煉膠設(shè)備之一，它是橡膠工業(yè)中使用最早，結(jié)構(gòu)比較簡單的最基本的橡膠機(jī)械。

1.2 傳統(tǒng)兩輥煉塑機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

傳統(tǒng)塑煉機(jī)是由兩個(gè)相互平行的前后輥筒組成。輥筒的傳動(dòng)是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，經(jīng)過齒輪副傳遞所需要的速度，前后輥的速比是固定的。輥筒為中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)可通入介質(zhì)加熱、冷卻或由電熱管加熱。通過操作調(diào)距手柄，來調(diào)整兩輥筒之間的縫隙太小和相互平行[1]。在前輥?zhàn)笥逸S承座的前端部裝有一個(gè)墊片斷裂裝置以保安全，整個(gè)機(jī)體由地腳螺栓固定在地基上。工作時(shí)，兩根輥筒的上面是工作面，原料就是加在工作面上，但是在實(shí)際工作時(shí)兩根輥筒的相對旋轉(zhuǎn)速度不一樣，另外工作面上每個(gè)地方的溫度一不一樣，原料吸入熱量后會變軟，可能會粘在轉(zhuǎn)動(dòng)的輥面上，兩輥筒之間的間隙較小，使得材料受到強(qiáng)烈的擠壓和剪切等作用，還有操作者的翻動(dòng)，將物料得到均勻的混合，最后達(dá)到所需的狀態(tài)。

（傳統(tǒng)煉塑機(jī)如下圖所示）

具體結(jié)構(gòu)闡述如下：

1.機(jī)箱，2.機(jī)架，3.傳動(dòng)系統(tǒng)，4.加熱系統(tǒng)，5.緊急停車裝置，

2 SK16型兩輥煉塑機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）SK型兩輥煉塑機(jī)主要由加熱滾筒、驅(qū)動(dòng)主電機(jī)、變速齒輪、機(jī)架、電源控制柜、調(diào)距裝置、潤滑系統(tǒng)等等組成。

2）通常SK型兩輥煉塑機(jī)的混煉容量為0.1～3kg，滾筒溫度從常溫到300℃，加熱方式有油加熱和電加熱棒兩種。

3 SK型兩輥煉塑機(jī)分析和改進(jìn)

3.1 SK型兩輥煉塑機(jī)的缺點(diǎn)分析

SK型滾筒的加熱元件一般為電阻加熱棒加熱、蒸氣加熱、導(dǎo)熱油加熱。加熱棒通過空氣傳導(dǎo)，熱效率低、受熱不均勻，并存在卡死故障。蒸汽和導(dǎo)熱油加熱存在漏氣、漏油等等故障。

SK型為小型煉塑機(jī)，是一種實(shí)驗(yàn)室檢測專用的機(jī)型，溫度控制通過簡單的調(diào)壓器，配合手持式表面溫度測試儀進(jìn)行檢測，其精度低，易跑溫，特別是應(yīng)用在塑膠著色檢測方面，較少的物料被塑化，滾筒溫度的精確性將直接影響到其顏料分散性，分散的好壞將導(dǎo)致著色力、色相等等發(fā)生較大變化，色差不穩(wěn)定，導(dǎo)致顏色檢測數(shù)據(jù)波動(dòng)大，重現(xiàn)性差，使其后期配色系統(tǒng)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

手動(dòng)調(diào)節(jié)兩根前后滾筒的間距，調(diào)整精度低。作為顏料檢測來講，一個(gè)顏料的著色力高低，分散性的好壞，每次都要通過調(diào)整不同的輥距間隙，在不同的壓力情況下，檢驗(yàn)顏料的分散程度，顏色質(zhì)量是否同標(biāo)準(zhǔn)一致。可見手動(dòng)調(diào)節(jié)輥距，人為的因素太多，出錯(cuò)的概率較高。

主驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用固定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。而在試驗(yàn)檢測當(dāng)中，檢測人員經(jīng)常會碰到需要通過改變工況條件，多途徑評價(jià)顏料質(zhì)量性能，所以就導(dǎo)致檢測設(shè)備無能為力。

3.2 針對SK型兩輥煉塑機(jī)的改進(jìn)

3.2.1 改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)組成

主要包括前錕筒和后錕筒；前錕筒和后錕筒連接速比齒輪組成；還包括變頻驅(qū)動(dòng)主電機(jī)系統(tǒng)、前后輥高頻電磁加熱器、滾距自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、循環(huán)油泵和混煉時(shí)間報(bào)警器組成；

3.2.2 電磁加熱的應(yīng)用

將傳統(tǒng)空氣熱傳導(dǎo)方式改為電磁加熱。由于前后滾筒是在不停地做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的加熱棒固定端始終是存在與滾筒接觸，隨著頻繁的升溫降溫，固定端最終會出現(xiàn)松動(dòng)，將連帶加熱棒發(fā)生位移，發(fā)生短路故障。而電磁加熱方式就完全避免了與筒體的接觸，轉(zhuǎn)熱效率高，不需要提前6小時(shí)開機(jī)預(yù)熱，調(diào)換溫度時(shí)也方便快捷。從而改善了夏天工人的工作環(huán)境，降低了電耗，提高了工作效率。

3.2.3 電磁加熱控制器和感應(yīng)線圈的設(shè)計(jì)要求

1）前后滾筒分別獨(dú)立匹配一套電磁加熱溫控系統(tǒng)，即電磁加熱控制器1和2分別連接第一溫控儀和第二溫控儀；所述電磁感應(yīng)線圈1連接第一固態(tài)繼電器、第一接觸器和前紅外線溫度傳感器；所述電磁感應(yīng)線圈2連接第二固態(tài)繼電器、第二接觸器和后紅外線溫度傳感器組成；所述電磁感應(yīng)線圈安裝在前錕筒和后錕筒上。

2）電磁加熱器的加熱線圈的橫截面面積為4平方或者以上的耐高溫線，其纏繞在加熱滾筒的左端面外部。

3）對于加熱線圈繞法一般有圓形繞法，當(dāng)圓形繞法時(shí)，滾筒左端面外部要用高溫棉包住約20mm，再用玻璃絲帶包一層，然后繞線圈，且加熱器線圈要用云母繞包玻璃纖維編織成耐高溫電纜。

4）設(shè)定開機(jī)頻率為25-35KHz，繞線圈完成后，測量線圈電感量約為130-140uH。在此電感量作為一個(gè)參數(shù)，具體使用時(shí)要進(jìn)行工作電流的實(shí)測，我們通過增減線圈匝數(shù)或者長度，得到匹配功率，所以對于溫度要求高，其感量適當(dāng)減小。保證工作頻率在15-30KHz范圍內(nèi)，保持加熱到所需最高溫度時(shí)頻率不低于13KHz。

5）在控制器最醒悟的地方標(biāo)注“散熱器工作中帶電，請勿碰撞其它物體”。

3.2.4 SK型溫控系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和要求

1）將調(diào)壓器控溫改為紅外線溫控儀監(jiān)測控制。溫度可適時(shí)的進(jìn)行非接觸監(jiān)測控制，溫度精度可以達(dá)到正負(fù)一度，減少操作人員工作量，避免了滾輪接觸式熱電偶將滾筒表面劃傷。

2）由于紅外測溫儀的系列、型號很多，每種型號都有自己的參數(shù)、性能和功能要求，如測溫范圍、工作波長、響應(yīng)時(shí)間和工作環(huán)境條件和信號處理輸出顯示方法等等。因此正確選擇紅外測溫儀型號對于溫控系統(tǒng)的成功改進(jìn)是十分重要的。

3）選擇紅外測溫儀需要掌握“三大要素，三項(xiàng)原則”。

三大要素，其一為目標(biāo)溫度范圍，其二為目標(biāo)大小與測量距離，其三為探測目標(biāo)的材料。

首先，我們的測量要求和要解決的問題如下：如測量目標(biāo)尺寸、測量距離、要測量的材料、要測量的環(huán)境、響應(yīng)速度要求、準(zhǔn)確性要求。第二個(gè)原則是比較，它包括比較現(xiàn)有各種溫度計(jì)的測量要求和需要解決的問題，并選擇滿足這些要求的儀器。第三個(gè)原則是配置，即為各種模型能夠滿足一系列需求的配置選擇性能、功能和最佳價(jià)格。

3.2.4 變頻驅(qū)動(dòng)主電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

1）將傳統(tǒng)固定轉(zhuǎn)速改為變頻調(diào)速，所述變頻驅(qū)動(dòng)主電機(jī)系統(tǒng)由變頻器連接主動(dòng)力電機(jī)、主動(dòng)力電機(jī)連接變速齒輪箱組成。

另外，電元件和儀表需要用到專用的屏蔽控制電纜來遮蔽地面。如果處理電子干擾不恰當(dāng)，會導(dǎo)致整系統(tǒng)就啟動(dòng)不了，導(dǎo)致控制單元的損壞或者故障。我們合理的使用變頻器可以提高控制系統(tǒng)的靈敏度，也可以用來抑制噪聲。逆變器的單層接地阻力越小效果會越好。地面的截?cái)嗝娣e應(yīng)控制在適當(dāng)范圍以內(nèi)，長度應(yīng)控制在20米以內(nèi)。逆便器的使用必須與動(dòng)力設(shè)備的地面分離，不得與動(dòng)力設(shè)備的地面同時(shí)使用。信號輸入線的屏蔽層應(yīng)連接在e(G)上，另一側(cè)不得偏移。否則，就會引起信號波動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生動(dòng)搖。逆變器和控制器要通電。逆變器一般有電網(wǎng)吸入，主要是為了防止雷電瞬間侵襲造成逆變器損壞。但是，在實(shí)際工作中，特別是為加工引入電力線路，僅靠吸收網(wǎng)是不能滿足要求的。這種產(chǎn)品在旋轉(zhuǎn)強(qiáng)的地區(qū)尤為重要。如果在旋轉(zhuǎn)供應(yīng)的電源上安裝了可變頻電路專用避雷器，或者按照規(guī)定在20米遠(yuǎn)的距離內(nèi)設(shè)置了避雷器，則換氣(換氣)必須特別占用。如果電源接上電纜，就應(yīng)該做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防電擊進(jìn)去造成破壞

2）防止電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會使整個(gè)系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞[1]。

3）變頻器的正確接地是提高控制系統(tǒng)靈敏度、抑制噪聲能力的重要手段，變頻器接地端子E(G)接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線截面積應(yīng)不小于2mm2，長度應(yīng)控制在20m以內(nèi)。變頻器的接地必須與動(dòng)力設(shè)備接地點(diǎn)分開，不能共地。信號輸入線的屏蔽層，應(yīng)接至E(G)上，其另一端絕不能接于地端，否則會引起信號變化波動(dòng)，使系統(tǒng)振蕩不止。變頻器與控制柜之間應(yīng)電氣連通，如果實(shí)際安裝有困難，可利用銅芯導(dǎo)線跨接[2]。

4）在變頻器中，一般都設(shè)有雷電吸收網(wǎng)絡(luò)，主要防止瞬間的雷電侵入，造成變頻器損壞 。但在實(shí)際工作中，特別是電源線架空引入的情況下，單靠變頻器的吸收網(wǎng)絡(luò)是不能滿足要求的。在雷電活躍地區(qū)，這一問題尤為重要，如果電源是架空進(jìn)線，在進(jìn)線處裝設(shè)變頻專用避雷器(選件)，或有按規(guī)范要求在離變頻器20m的遠(yuǎn)處預(yù)埋鋼管做專用接地保護(hù)。如果電源是電纜引入，則應(yīng)做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設(shè)備[3]。

3.2.5 前后滾筒材料的篩選設(shè)計(jì)

1）傳統(tǒng)滾筒材質(zhì)都是鐵質(zhì)鍍鉻處理的，這種滾筒只是單一起到傳熱混煉的作用，而不能達(dá)到均化調(diào)節(jié)溫度的效果。

2）將前錕筒和后錕筒設(shè)計(jì)成復(fù)合金屬滾筒，由銅、鑄鐵、不銹鋼按6：3：1的比例進(jìn)行組合制成 ，確保輥面溫度均勻。

3.2.6 SK型煉塑機(jī)的調(diào)速和調(diào)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1）將主電機(jī)固定轉(zhuǎn)速改為變頻調(diào)節(jié)。試驗(yàn)檢測需要多少轉(zhuǎn)速就設(shè)定多少，靈活方便，擴(kuò)大設(shè)備的應(yīng)用范圍，同時(shí)變頻器還可以起到保護(hù)電機(jī)的作用。

2）將輥距手動(dòng)調(diào)節(jié)改為液壓自動(dòng)調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)將需要的檔距設(shè)定好，只要按動(dòng)開關(guān)即可達(dá)到規(guī)定的輥距，避免工人憑經(jīng)驗(yàn)，目測調(diào)整輥距。

4 結(jié)論

通過本次對SK型高溫?zé)捤軝C(jī)的分析、改進(jìn)設(shè)計(jì)，達(dá)到預(yù)期的效果。當(dāng)然隨著科技的發(fā)展，還可以進(jìn)一步的智能化改造。