搜索
第二章密闭式炼胶机密闭式炼胶机简称密炼机，自1916年出现以来得到很快的发展，已成为现代橡胶工业炼胶工序中重要的炼胶设备。采用密炼机炼胶可极大地降低炼胶工序的劳动强度、改善了劳动条件、缩短炼胶周期、提高胶料质量和生产效率。我国从1955年开始研制密炼机，至今已形成系列化的密炼机制造，技术水平已接近国际先进水平。本节讨论重点•目前各种不同构型的密炼机在不断地改进和完善，其改进的重点是：转子的构型和机器的结构，提高转子的转速、压砣（上顶栓）对胶料的压力、控温系统和自控系统的自动化水平。同时，为了改革间歇式炼胶工艺，各国有关公司正在探索研究连续式密炼机。•本节重点讨论我国广泛使用的椭圆形转子密炼机的结构及有关技术问题。2.1.用途与分类密炼机在橡胶工业中主要用于天然橡胶及其它高聚物弹性体的塑炼和橡胶与碳黑硫磺及其它配合剂的混炼，制备出塑炼胶和混炼胶；也可以用于其它工业对类似物料进行混炼与捏合。密炼机的类型可按下列方法分类①按转子构型分为：椭圆形转子密炼机；圆筒形转子密炼机三角形转子密炼机。②按转子转速分为：低速密炼机；中速密炼机；高速密炼机。20；40；60转/分。③按上顶栓的压力分为：低压、高压和变压密炼机。④按卸料方式和结构分为：滑动式和摆动式卸料门；翻转式卸料。⑤按混炼室结构分为：夹套式混炼室；喷淋式混炼室；钻孔式混炼室。2.2.基本结构与传动方式•1.基本结构•目前椭圆形、圆筒形和三角形三种构型转子的密炼机，它们都是由底座、密炼室、转子、加料加压机构、传动装置、加热与冷却装置、电气和温度控制系统等组成。密炼机的型号、规格、用途和生产厂家不同，具体结构差异较大。现在我们分别对几种密炼机的结构给以展示、说明。Ⅰ.椭圆形转子密炼机•这种密炼机的结构大体上有三类：（1）传统结构密炼机；（早期型）（2）改进结构密炼机；（70年代后）（3）翻转式密炼机。⑴传统结构密炼机这种早期的密炼机是由电机1通过减速机2驱动后转子上的大驱动齿轮，再由速比齿轮传动前转子转动；后来改为采用封闭式减速机的双出轴和万向万向联轴节3驱动两个转子9，如图2－1所示。图2-1传统结构密炼机1-电机；2-减速机；3-联轴节；4-操纵台；5-气缸；6-加料门；7-上顶栓；8-密炼室；9-转子；10-下顶栓；11-机座；12-操作平台。传统结构密炼机基本结构-1•安装在密炼室上部的加料加压装置5由气缸和压砣（上顶栓）7及加料斗6等组成。用于加入胶料和配合剂等物料，并且在密炼机工作时，气缸通入压缩空气，驱动上顶栓将投入密炼室的物料压入密炼室中，同时对胶料施加压力，促使胶料和物料的混炼。传统结构密炼机基本结构-2•密炼室8是完成炼胶的主要装置，它由前、后密炼室壁与左、右侧壁四部分组成，安装在底座11上。前后密炼室壁的冷却结构采用喷淋式、夹套式，用于带走炼胶过程胶料所产生的温度。两侧的侧壁各装一对滑动轴承，以支承转子。传统结构密炼机基本结构-3•转子9工作部位有两个螺旋突棱，一个长棱，另一个为短棱，其横截面为椭圆形，转子棱峰及突棱的周边堆焊硬质合金。转子工作部位的两侧与密炼室侧壁接触处装有端面密封装置，防止物料漏出。在转子的非传动端装有调整与固定装置，以调节和固定转子的轴向位置，并承受轴向力。传统结构密炼机基本结构-4•卸料装置10位于密炼室的下部，它是一种滑动式的卸料装置，由气缸、活塞和卸料门（下顶栓）等组成。下顶栓安装在气缸体上，气缸体在底座轨道上滑动，带动下顶栓移动，完成密炼室卸料口的开启和闭合。⑵.改进结构密炼机自70年代以来国际上生产密炼机的公司对密炼机作了很多改进，重新制定产品系列，并重新设计机器的结构，使密炼机的性能大大地提高。在结构作了很大改进，使得结构更科学，设备性能更好，较好地适用现代橡胶工业的发展。美国的F系列密炼机；德国的GK系列密炼机；英国的K系列密炼机等。现在对这些密炼机加以介绍。F系列密炼机的典型结构•如图2－2和2－3所示。前、后密炼室和侧壁用楔板紧固，再用螺栓连接，拆卸和装配容易。密炼室周边钻孔，冷却水在这些孔道中高速循环流动，大大改进了冷却效果。•卸料装置为摆动式的卸料门，加快了密炼机的排料速度，适应快速密炼机的要求；同时采用锁紧机构提高了下顶栓的密封性能。•转子轴颈采用液压式自动密封装置（FYH密封装置），可根据密炼室内压力大小调节密封装置的比压，使轴颈密封良好，避免漏料和污染环境。图2-2改进型密炼机1气缸;2加料门;3加料斗衬套;4下顶栓;5锁机构;6“FYH”密封装置;7密炼室;8侧壁;9转子;10底座;11楔板图2-3F系列密炼机1气缸;2吸尘斗;3加料门;4加料门气缸;5上顶栓;6前密炼室;7后密炼室;8转子;9下顶栓;10锁紧机构;11底座;12注油口。F系列密炼机操作方式密炼机具有两种操作方式，可手动和自动。自动操作时，设有可变程序控制器，使用方便，运行可靠。根据工艺要求，设定各步工作时间，按时间方式进行自动控制（即为时控）炼胶；或根据各种胶料所消耗的炼胶能量，利用自动功率积分仪进行自动控制（即为能控）；或根据炼胶温度达到工艺极限值时进行控制（即为温控），三者可互补监控，以确保炼胶质量。⑶.翻转式密炼机这是一种在椭圆形转子密炼机基础上发展起来的密炼机（也称捏炼机）。如图2－4所示。这种密炼的结构是由密炼室、转子、压料装置、机架、底座和冷却加热系统等组成，但是它没有卸料装置和卸料门。卸料时，上顶栓提起后，密炼室通过翻转机构向外翻转140°或110°，将炼好的胶料从密炼室中倒出。图2－4翻转式密炼机Ⅱ.圆筒形转子密炼机•这是英国的K型密炼机。机器的结构如图2－5所示。它的转子结构形状与其它密炼机的不同，转子断面形状呈圆筒形，它的工作原理和特性与其它密炼机也不同。转子呈圆筒形，表面有一个大螺旋棱和两个小螺旋棱，工作时两个转子的螺旋棱相啮合，即一个转子的突棱进入另一个转子的凹槽，并形成左右3mm的间隙，物料在间隙中被塑炼或混炼。•工作时两转子以等速相对回转，但转子螺旋凸棱的表面与另一个转子螺旋凹槽底部的圆周速度不等，构成类似于开炼机的速比，因此，其工作原理在一定程度上与开炼机相似。此外，螺旋棱产生的轴向力使被加工的物料沿转子轴向移动，使密炼室中两端的物料向中心移动，促使混炼或塑炼均匀。见图2－5图2－5圆筒形转子密炼机1－转子；2－密炼室；3－密封装置；4－机架。Ⅲ.三角形转子密炼机这种密炼机的基本结构如图2－6所示。它的转子的断面呈三角形，适用于加工少量对温升特别敏感的橡胶或塑料。密炼室内的两根转子呈上下排列，上转子相对于下转子稍有偏斜。密炼室支撑在机架上，正面用液压缸控制着用于排料的翻转门开启与关闭。三角形转子设置了通入冷却水的空腔。转子的形状可消除轴向力。转子的转速较低，炼胶时发热量少，冷却水消耗量较少。图2-6三角形转子密炼机1机架；2翻转门；3液压缸；4上顶栓；5混炼室储斗；6活塞杆；7定位器；8活塞；9气缸；10加料斗；11加料门；12转子；13冷却空腔；14密炼室壁。2.密炼机的传动方式•密炼机的功率消耗比较大，因此对密炼机的传动装置要求较高，传动装置的重量在密炼机中占有较大的比重，传动方式的选择也关系到密炼机水平的提高。传动方式有以下几种：（1）带大驱动齿轮的传动方式；（2）半封闭式齿轮传动方式；（3）双出轴传动方式。（1）带大驱动齿轮的传动方式中如图2－7所示，有一根转子轴较长，并且有三个支点，对于安装找正比较困难，占地面积大，齿轮传动结构松散，寿命较短。但这种传动方式结构简单，制造方便，大驱动齿轮具有储能作用，便于克服加料时的尖峰负荷。图2－7带大驱动齿轮传动方式1－电机；2－减速机；3－小驱动齿轮；4－大驱动齿轮；6－速比齿轮；7－后转子；8－前转子。⑵半封闭式齿轮传动方式这种传动方式如图2－8所示，其速比齿轮仍在转子轴上，只有驱动齿轮设置在减速箱内，安装较方便，结构紧凑，但减速器的速比增大，因而减速机的尺寸也相应增大。为了传动装置减轻重量，近年采用了大功率的渐开线行星齿轮减速器。图2－8半封闭式齿轮传动方式1－减速机；2－联轴节；3－电机；4－后转子；5－前转子；6－万向联轴节；7－速比齿轮。⑶.双出轴传动方式这种传动（图2－9）是将所有传动齿轮速比齿轮集中在减速箱内，并集中润滑。这种减速箱改善了齿轮使用条件，并减轻了转子轴承的负荷，但减速箱比较大而且复杂。目前大多数大型密炼机都采用这种减速器。图2－9双出轴传动方式2.3.主要零部件1.转子⑴.转子外形尺寸转子是密炼机的主要零件，它的结构与形状直接影响密炼机的工作性能生产效率和炼胶的质量。椭圆形转子的构型可分为：两棱转子、四棱转子和六棱转子。两棱转子的主要外形尺寸如图2－10所示。图2－10两棱转子的主要外形尺寸。⑵.转子的材料密炼机转子工作时直接和被加工物料接触，并对物料进行强烈剪切和搅拌，因此要求转子应具有足够的强度、刚度、耐磨性和良好的传热性能。转子材料一般采用（ZG45Ⅱ），突棱顶部堆焊一层厚度3～8mm的耐磨硬质合金，硬度HRC55－60，其余工作表面堆焊或喷涂厚度2～3mm的耐磨合金，或者焊后镀铬，镀铬厚0.1mm．⑶.转子的冷却形式密炼机炼胶期间胶料产生的热量必须被导出，其中转子的导热效果起着重要的作用，而转子冷却方式对导出胶料温度有很大影响。目前转子冷却方式大多数采用喷水冷却的中空转子形式，但是因棱峰不能很好的冷却，再加上内腔形状复杂不便加工，致使传热系数低，所以冷却效果较差。随着高速密炼机的发展，密炼机炼胶时胶温上升得更快，因此对转子冷却方式的要求更高，为提高转子的冷却效果，出现了各种新的转子强制循环冷却结构冷却形式。如图2－11所示。开放式冷却封闭式冷却强制循环冷却图2－11转子冷却结构的类型2.密炼室密炼室也是密炼机的另一主要工作部件，密炼室的结构可分为：打开式、剖分式和旋转打开式。目前国内外生产的密炼机的密炼室结构大多数是前后组合式，它由前、后室壁和左、右侧壁四件组成。密炼室内壁与转子一样，在炼胶过程直接与胶料和物料接触，受到强烈的摩擦及化学物质的腐蚀。因此，其材料为铸钢，表面也堆焊硬质合金。密炼室的冷却方式及结构实验证明由于密炼室与胶料接触的面积较大，炼胶过程可以带走胶料产生的热炼的60％。因此密炼室的冷却方式及结构对密炼机的性能和炼胶质量有着重要的影响，尤其对于高压快速大功率密炼机显得更为重要。密炼室的冷却方式与结构较多，过去采用水浸式或喷淋式冷却，已很少使用，近代的密炼机的密炼室冷却形式有夹套式、钻孔式等。⑴夹套式密炼室壁为一夹套，夹套间设置许多隔板，夹套分为两半（如图2-12所示），冷却水由分别对密炼室壁的上半部和下半部进行冷却。这种冷却方式可以增大冷却面积，增加冷却水的流速，提高冷却效果。但因为密炼室壁较厚，冷却效果不是太理想。图2－12夹套式密炼室机构示意⑵钻孔式在密炼室壁内沿着轴向方向钻了许多小孔，冷却水沿孔道循环流动，对密炼室壁分上下两半部进行冷却。这种冷却方式及结构的最大特点是：Ⅰ.孔道比较靠近密炼室内壁，导热距离短；Ⅱ.孔道截面面积小水流速度较快，导热系数较大；Ⅲ.温度反应速度快。钻孔式密炼室的冷却介质在孔道流动方式可分为：大孔串联式、小孔并联式和小孔串联式三种。钻孔式密炼室•大孔串联式（图2－13a）由于其孔道是铸出来的，孔道中不能很好清理，毛刺及氧化皮等都对导热性能有很大影响，所以它的冷却效果不佳。•在小孔并联式(图2－13b)的孔道流动方式中，冷却水在孔道中走捷径，冷却水在孔中有滞留现象，故冷却效果也不是很好。另外，采用这种结构也给制造加工带来困难。•在小孔串联式的孔道流动方式中，冷却水在孔道中迂回流动，并且其冷却方式为密炼室上下两半分别冷却，冷却效果大大好于前两种方式，因此，目前钻孔式密炼室大多采用这种结构。图2－13钻孔式密炼室a串联b并联3.加料及加压机构密炼机加料加压机构的主要功能是：用于加入胶料和物料，将物料压入密炼中，并在炼胶过程给物料施加一定的压力。该装置安装在密炼室的上部。其结构如图2－14所示。它是由装料斗1、加料门3、填料箱2、料门气缸17、加压气缸7及气缸缓冲装置5组成