XK400-1000开炼机辊筒设计
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摘 要
XK-400型开炼机是橡胶、塑料机械中最常用、最基本的设备之一，主要用于生胶的塑炼、胶料的混炼、混炼胶的热炼等。
目前，我国开炼机技术虽然发展很快、生产品种也较多，但与工业发达国家相比还有一定差距，有向着个性化与智能化方向发展的趋势。
在橡胶工业中，混炼车间是整个行业的核心，是橡胶工厂最重要的部门，也是能源消耗大户，占全厂40%，也是目前重点节能的部门或工序之一。它包括烘箱、切胶机、开炼机、密炼机及其辅机。近年来，国外橡胶工业有了迅速的发展，不仅在各个加工技术方面有相当的进步，而且设备方面有很大的发展，广泛地应用电子计算机管理和控制炼胶作业，大大地提高了炼胶系统地自动化水平，同时也引起了炼胶系统的变化。
多年来，国外对炼胶系统的技术改革实践证明：首先改革炼胶机及其装置，并使之现代化，以取得较高的劳动生产率、较高的效率和炼胶作业最佳化，才能真正实现炼胶系统技术创新。经过多年的改革，当代炼胶系统尤其是轮胎厂的炼胶系统已发展成自动化水平较高的工程系统。开炼机是橡塑工业中使用历史最悠久的加工设备之一。随着橡塑工业的产生而诞生，随着橡塑工业的发展而发展。成为橡塑工业中加工橡胶、塑料的常用设备之一，也是基本设备之一。据统计，目前我国每年生产开炼机5000 台。每年还有一定量的开炼机供出口到东南亚等地区。
它主要用于天然橡胶的塑炼，生胶与配合剂的混炼，或用作胶料的热炼和胶料的压片之用。它主要由辊筒、机座、机架、传动齿轮、润滑装置、加热与冷却装置、辊温调节装置、安全制动装置及电动机、减速器等组成。其辊筒采用冷硬铸铁制成，其表面经过磨削而形成光滑的表面。辊筒内部为空心结构，根据使用要求，通入蒸汽或者冷却水进行冷却。
XK-400型开炼机的设计包括受力分析、电机和减速器的选用、工作机的计算、主要的零部件和辅助部件设计以及绘制图纸。
开炼机在结构设计方面，采用行星齿轮减速器替代以往的圆柱齿轮减速器，结构更为简单紧凑，降低了生产成本。并针对安全生产问题，增加了安全装置，为以后该机械的设计提供参考依据。
关键词： 开炼机； 星齿轮减速器； 辊筒
ABSTRACT
XK-400 type open mill rubber, plastics machinery of the most common and one of the most basic equipment, mainly for raw rubber mastication, rubber mixing, mix the soak and the like.
At present, open mill technology has developed rapidly, producing more varieties, but compared with the industrialized countries there is a gap, there is a tendency toward personalization and intelligent direction of development.
In the rubber industry, mixing plant is the core of the whole industry, is the most important sector of rubber factory, also large energy consumption, accounting for 40% of the plant, is one step, or the current focus on energy sector. It includes an oven, plastic cutting machine, a refining machine, mixer and auxiliary equipment. In recent years, foreign rubber industry has developed rapidly, not only a considerable progress in the technical aspects of each process and equipment have greatly developed, widely used computer management and control batch jobs, greatly enhance the mixing systematic level of automation, but also caused changes in batch system.
Over the years, foreign technology system reform practice of mixing Proof: First mixing machine and apparatus reform and modernize in order to achieve a higher labor productivity, higher efficiency and optimize batch jobs, in order to truly mixing system to achieve technological innovation. After years of reform, the higher the contemporary batch system, especially tire factory has developed into a mixing system level of automation engineering systems. Open mill is one of the oldest rubber processing equipment used in the industry. With the plastics and rubber industries generation born with the development of rubber industry and development. Become one of the rubber processing industry rubber, plastics equipment commonly used one, and also the basic equipment. According to statistics, China's annual production of 5,000 open mill. Every year there is a certain amount of open mill for export to Southeast Asia and other regions.
It is mainly used for mixing mastication of natural rubber, raw rubber and compounding ingredients, or as rubber sheeting of soak and glue used. It mainly consists of roller, stand, rack, gear, lubrication equipment, heating and cooling device, roll temperature adjusting device, safety brakes and the motor, reducer and other components. Its roller Chilled cast iron, the surface after grinding to form a smooth surface. Internal hollow roller structure, according to requirements, steaming or cooling water was.
This paper focuses on XK-400 type mill machine design and calculations, including the motor and gear selection, the work of the design, the main parts and accessories design and produce drawings.
In this paper, the structural design, the use of planetary gear reducer replace conventional cylindrical gear reducer, the structure is more simpler and compact, reducing production costs. And for safety issues, increased safety device, provide a reference for the future of mechanical design.
Key words: Mixing Machine; Planetary gear reducer; Roll.
目 录
第一章绪论 1
1.1 毕业设计课题的目的、意义、国内外现状及发展趋势 1
1.1.1 目的及意义 1
1.1.2 国内外开练机的现状及发展趋势 1
1.2 开炼机的未来展望 4
第二章开炼机的工作原理 5
2.1 用途 5
2.2 基本结构 5
2.3 工作原理 6
第三章主要参数的选择与计算 8
3.1 辊筒直径与辊距 8
3.2 辊筒回转速度与速比 8
3.3 驱动功率的确定 9
3.4 横压力的确定 10
3.4.1 根据胶料涅炼的流体动力学理论基础 10
3.4.2 利用推荐值来计算横压力 11
3.5 生产能力的确定 11
第四章传动系统的设计计算 12
4.1 传动形式 12
4.2 电动机的选择 12
4.3 速比齿轮组 13
4.4 传动齿轮组 15
5.1 辊筒的设计 19
5.1.1 辊筒的材料和基本要求 19
5.1.2 辊筒的结构图和各部分尺寸 19
5.2 辊筒的计算 20
5.3 辊筒轴承 22
5.4 机架与压盖 22
5.5 机架底梁的应力计算 23
5.6 压盖的强度计算 24
5.7 调矩装置 25
5.7.1 调距螺纹的计算 25
5.7.2 螺纹自锁条件 26
5.7.3 螺母台肩的计算 26
5.8 辊温调节装置 27
5.8.1 辊温调节装置 27
5.8.2 实际冷却水消耗的确定 28
5.9 润滑系统 29
5.10 制动装置 29
总结 30
第一章绪论
1.1 毕业设计课题的目的、意义、国内外现状及发展趋势
1.1.1 目的及意义
开放式炼胶机，简称开炼机。开炼机产生于20世纪50年代，生产技术基本是沿袭前苏联的，起形式以开放式传动为主。随着开炼机的出现，我国的橡胶制造业得到了飞速的发展，但是存在着技术发展相对滞后、市场化程度不高、机械加工手段不过现今、接触国际市场较晚一级国产液压元件和系统的稳定性较差等问题。
开炼机一直处在动态的发展之中，所以，我们要依靠自主研发力量推动开炼机的快速发展，逐步完善产品性能，达到国际先进水平，增强开炼机在市场的竞争力，推动我国橡胶事业的发展。
1.1.2国内外开练机的现状及发展趋势
(1)目前我国开炼机的产品量最高，出口也最多。由于技术简单，国内2/3橡胶机械厂家都生产，产品趋同，造成市场过剩，因杀价致成微利，甚至亏损。前些年，无锡橡胶机械一厂生产的新型传动开炼机采用汽车传动齿轮，仅因噪音很低，就一直卖得很火，还曾出口到日本美国，至今久卖不衰。另一种新型辊筒开炼机，辊筒中钻孔电加热，中控仍可以水冷，与当今热门的橡胶共混相适应，且可橡塑一机两用，也曾销的很好，然而，最能代表当今先进水平的大功率热炼压片机，用钻孔辊筒加热滚动轴承配硬齿面全封闭减速器，却因质好而价高，至今很难销售。既然国情如此，不妨以汽车为鉴。同样是价高者难销，但其不断推出新车型，以新面貌促进销售，开炼机也开始开发特异功能。如混炼医用硅橡胶或食品加工用的橡胶，需镀铬辊筒；混炼CR需不黏辊筒；混炼高生热橡胶需要速冷辊筒；还有可以进行反应交联的控温辊筒。
(2)国内开炼机推陈出新；近几年来，随着橡胶共混理念的研究和应用，特别是动态交联共混理念的出现，高分子“合金”的开发，已经成为高分子材料的最经济最有效的途径。
开炼机是一个最古老的炼胶设备。多年来，开炼机主要适用于天然胶或常规塑料，他的速比恒定，龙纹及测温均不灵敏，如果不加以改造，很难适应橡塑共炼等新要求。不论是用橡胶增强塑料还是塑料增强橡胶，还是用来热炼，以及某些合成胶或橡胶共混炼的黏滚、脱辊、甚至包后辊的工艺操作，现有开炼机都是无能为力的。
而开炼机新型辊筒的研制，主要针对橡胶共混要求场均匀灵敏，却又通过调温和控温，间接得到适宜的粘度场，以补偿现有开炼机剪切速率难以调节，剪切粘度难以控制的弊端。
实践证明，新型辊筒设计新颖经济适用，技术先进，深受塑料厂和橡胶厂使用者的欢迎。现已获得实用新型专利，并发布广告。目前正在进行系列化放大设计，以适应开炼机的多规格、多品种的要求。
（3） 新辊筒的设计特点：传统辊筒存在着局限性 ，经过反复的是要和研究，在辊筒结果和传热方式上，均采用新颖和使用的设计，其突出的独到之处是实现了高效率的热量传递和灵敏的温度调节。因而，不仅能够高温快速进行炼胶还可以低温剪切胶料，更加适应了在低温下进行的橡胶共混。
本设计采用沿辊筒周边钻孔加热原件，利用电刷导入（出）的直接加热金属主体的方法。其辊筒采用钢制结合的结构，表面喷焊硬化处理。这样既可以保证辊筒的硬度和耐磨性，又可以保证周边钻孔的可行性，且可以保证辊筒中空和周边钻孔后的强度和刚度。与传统的电热辊筒相比，新辊筒不仅保留了老辊筒应有的功能，在确保其特长前提下有独到之处。
升溫快 与传统加热方式相比较，其热量传递路线缩短了8到16倍，且不经过空气等中间杂志，故而升到相同的温度，其时间还不到原来的6%，从而缩短了辅助时间提高了单机的工作效率。
辊温高 新设计的辊筒，其节能效果可达250℃以上,比传统辊温增长了25~50%,从而扩大了该辊筒的高温塑炼范围，并使工艺上有了更广泛的使用余地
节能 新设计的滚筒，其节能效果可以达到75%以上，以Φ16×320mm开炼机为例，中心插管式电加热，升温200℃需要18min，整个过程耗电4.32×10000KJ。
工艺适应面广 采用新型滚筒的开炼机，投资一台就可以实现炼胶、塑炼、共混以及其他高分子材料的加工等多种功能。
调温快且控温灵 由于热源离辊筒面近，故不仅辊面温度均匀，且可以随意快速调节及控温。
易于加工且造价便宜。
总 结
我国规模化生产机械设备起步较晚，到上世纪80年代，才得到交大的发展，开炼机的产品规格和结构形式开式较多的出现。
随着橡胶工业的不断发展，开炼机在逐步的完善和不断的发展。其发展方向是提高机械水平化，改善劳动条件，提高生产效率，缩小机台占地面积，完善附属装置和延长使用寿命等方面。
目前，开炼机的使用状况比较落后，仍有许多需要改进和完善的地方。比如：橡胶防震取消了庞大复杂的基础施工，为重型设备移位提供了方便并消除了噪音，减少了机器运转对房产和地基产生的震动外力和冲击力。另外，调矩装置安全垫片的选材及装卸方式，还有几家可以采用焊接件以降低其热量，同时也可以改变其外观形象。
在橡胶厂中速比齿轮的磨损和更新成为一个比较突出的问题。为了解决这一问题，有些橡胶厂考虑将开炼机的传递路线改为；电机-联轴器-减速器-方向联轴节-辊筒的传动方式。减速箱内有两个低速输出轴分别带动两个辊筒。由于辊筒和减速器输出采用万向联轴器连接，能保证辊距调节的需要。这种形式改变了速比齿轮的工作条件，解决了由于辊距带来受力啮合位置的变化问题。这将有效的延长了速比齿轮的使用寿命，降低了维修成本，提高了开炼机的整体水平。
回顾几十年的历史，开炼机的生产基本上经历了从单一规格型号到多规格型号的过程：从老式开炼机到新老两种开炼机并行成产的过程。还把比较先进的技术、工艺及新材料应用在开炼机上。
总之，开炼机在日益发展的橡胶工业中，不仅不会被淘汰，而且会日益发展，尤其是橡塑并用的开炼机。
致 谢
经过近一个学期的努力，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。
在这里首先要感谢我的指导老师王敬伊老师。王老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为烦琐，但是王老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩王老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。
最后感谢沈阳化工大学科亚学院为我提供了学习的平台以及对我的大力栽培！
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