第二章 开炼机ppt课件

.,第二章开炼机,Open-TypeRubberMixingMills,.,第一节概述,.,开放式炼胶机(millforrubber)简称开炼机或炼胶机,又称双辊捏炼机。它通过两个水平放置并以不同线速度相对回转的辊筒，将橡胶原材料进行剪切、挤压使其塑化、混合，制成符合生产加工要求的坯料。,.,开炼机是橡胶工业生产中应用最广泛的一种设备，至今已有近二百多年历史。随着科技和橡胶工业的不断发展，开炼机的结构和性能有了很大改进，在技术上已达到一个新的水平。,.,本节基本要求,了解开炼机的用途、类型和结构,掌握开炼机的工作原理,熟悉开炼机的主要参数和主要零部件,.,一、用途与分类开炼机主要用于橡胶的热炼、压片、塑炼、混炼和破胶。也可用于再生胶的粉碎、捏炼和精炼。,.,橡胶加工设备,塑炼：就是通过机械加工，使橡胶由弹性状态转变成可塑状态的工艺加工过程。,为了提高橡胶产品的性能，必须在生胶中加入各种配合剂。混炼就是通过机械作用，使生胶与各种配合剂均匀混合的过程。,精炼:就是通过机械加工除去再生胶中硬杂物质的过程.,.,2.1概述Introduction,2.1.1用途与类型,橡胶加工设备,用途,.,开炼机的分类开炼机名称辊面形状用途开炼机光滑胶料热炼供胶，生胶塑炼和胶料混炼压片机光滑用于密炼机卸料压片热炼机光滑沟纹胶料预热或粗炼破胶机光滑沟纹生胶塑炼前的破胶粉碎机沟纹沟纹废旧橡胶块的破碎再生胶捏炼机光滑再生胶粉的捏炼精炼机腰鼓形清除再生胶中的硬杂物,.,2.1.1用途与类型,类型,橡胶加工设备,.,表1开炼机的分类Table1Typesofmillforrubber,橡胶加工设备,.,橡胶加工设备,二、规格与技术特征,开炼机规格常用“辊筒直径*工作部分的长度”来表示，单位毫米或英寸。如400*1000,16*46。,中国常用规格表示：X（S）K-400，XKR-400，XKJ-400，XKP-400,X橡胶；,S塑料；,K开炼机,400辊筒直径为400mm；,P破碎。,R热炼；,J精炼；,.,表2开炼机的规格与技术特征Table2Specificationsandtechnicalcharacteristics,.,第二节基本结构,橡胶加工设备,开炼机由辊筒(roll)、轴承(bearing)、机架(frame)和横梁(crossbeam)等主要零部件及传动装置(driver)、调距装置(thedeviceforregulatingtherollgap)、安全制动装置(safetydeviceandbrake)、辊温调节装置(thedeviceforregulatingthetemperature)、润滑装置(lubricator)等组成。图1为目前广泛生产的结构形式(structureform)。图5、图6、图7为实物图。,一、整体结构,.,图1常用开炼机的基本结构Fig.1Thebasicstructureofcommonmillforrubber,.,图5开炼机Fig.5Pictureofthemillforrubber,橡胶加工设备,.,图6精炼机Fig.6Pictureoftherefiner,橡胶加工设备,TheMoldingEquipmentforRubber辊筒2.5-3.1调距螺杆2.3调距螺母2.0安全垫片1.5。,.,（一）辊筒,(1)性能要求辊筒是开炼机直接承担与完成炼胶作业的主要零部件。考虑到辊筒在工作时要承受很大的负荷力、物料的强烈摩擦及较大的温度变化，因此辊筒在技术性能上应具备以下特点:具有足够的力学强度和刚度。工作表面应具有较高的耐磨性、耐化学腐蚀性和抗剥落性良好的导热性能。合理的几何形状。制造简单，价格便宜。,.,（2）辊筒材料,辊筒的材料一般多采用冷硬铸铁。这种材料表面组织坚硬、耐磨损、耐腐蚀；内部韧性较好，强度大；易导热、易加工、造价低。冷硬铸铁辊筒分为普通冷硬铸铁(LTG-P)和合金冷硬铸铁(LTG-H)两种。合金冷硬铸铁的表面硬度及工作强度等性能更为优异，因此使用寿命延长。以铬钼或低镍铬合金冷硬铸铁制造的辊筒在其力学强度与表面白口层硬度方面皆有提高。另外，一种复合型的低镍铬球墨无限冷硬铸铁更有益于辊筒综合力学性能的提高。试验用的小规格辊筒，为制造方便也有采用中碳钢焊接制成；大规格的辊筒可用铸钢分段铸造后再焊接制成，这可免去复杂的冷硬铸造。钢制辊筒可采用表面淬火、渗碳等热处理方法，获得足够的表面硬度。,.,（3）辊筒的结构形状与各部分尺寸,辊筒的结构:中空结构和圆周钻孔结构。开炼机的辊筒一般分为三部分。这三部分是辊筒体（直径为D的工作部分），轴颈部分（直径为d1的支撑部分，装轴承），传动部分（直径为d4，装传动齿轮）。,.,图1辊筒形状Fig.2Theformofmill,.,辊筒的结构,辊筒结构有两种：中空辊筒和钻孔辊筒。,.,辊筒的尺寸辊筒各部分的尺寸是以工作部分的直径D为基础，根据经验资料结合生产具体情况确定的。P20表2-3。只要知道了直径D,其他个部分的尺寸都可以计算出来.,.,辊筒各部分尺寸,.,辊筒的表面形状,开炼机的用途，辊筒的表面形状也不同。表面光滑的辊筒多用于塑炼、混炼、压片、热炼、精炼，表面带有沟纹的辊筒多用于破胶、洗胶、破碎、热炼。,.,.,补充：辊筒的受力情况,开炼机的辊筒工作时受到横压力（径向力）、摩擦力（切向力）、温度应力、大小驱动齿轮和速比齿轮的作用力。此外，还有自重。以后辊筒为例，受到大小驱动齿轮的作用力，大小速比齿轮的作用力。齿轮排列如图。,.,辊筒受到横压力作用，承受弯曲应力，同时受到胶料的摩擦力和轴承的摩擦力作用，因而辊筒又要承受扭转应力，所以辊筒实际上受弯扭复合应力。一般只对后辊筒进行强度校核。,.,（二）辊筒轴承,开炼机的工作负荷大、辊筒运转速度较低、工作温度较高。因此要求轴承承载能力强、耐磨、使用寿命长、制造及安装方便。所以开炼机的辊筒多采用滑动轴承予以支撑，对一些性能较优的大型、快速开炼机有使用滚动轴承支撑辊筒的。,.,1.滑动轴承slidingbearing,滑动轴承结构简单、制造方便、成本低，因而广泛使用。滑动轴承由轴承体和轴衬两部分组成。轴承体用铸铁或铸钢制造而轴衬用铸锡青铜或尼龙来制造。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴衬。与青铜轴衬相比填充MC（甲基纤维素）尼龙轴衬具有多种优点是一种新型轴衬材料。,.,滑动轴承的优缺点：（MC尼龙轴衬与青铜轴衬相比）P21,耐磨性能好使用寿命比青铜轴衬高一倍以上。密度小其密度仅为铸锡青铜的18左右减轻了构件的质量。具有良好的储油能力和自润滑性能一般情况下不必使用润滑油。抗冲击、吸振、消声无应力集中。机械加工容易、安装方便、维护简单。摩擦因数小、生热少、节能效果明显。成本较低，约为青铜材料的5060%。尼龙轴衬的缺点是导热性差、热膨胀较大。,.,滑动轴承的润滑,滑动轴承在非液体摩擦状态下工作。因承受的负荷很大，必须很好地进行润滑。润滑方式有滴油润滑法、间歇加油润滑法和连续强制润滑法。润滑剂为干黄油和稀机油。开炼机的润滑主要是轴承的润滑，有单独润滑和集中润滑。单独润滑是每个轴承分别稀油或干油润滑，集中润滑是一个油泵供油，经分配器供给每个需要油的轴承。,.,滑动轴承的结构,图2-8滑动轴承,.,2.滚动轴承rollingbearing,近年来，在大型开炼机上使用了双列滚动轴承，如图所示。滚动轴承摩擦损失小、节能、润滑油的消耗量较少、使用寿命长、维护方便，但是配套困难、价格高，国内尚未广泛使用。,.,向心球面滚子轴承,.,滚动轴承,.,滑动轴承与滚动轴承的区别,滚动轴承和滑动轴承的区别首先表象在结构上，滚动轴承是靠滚动体的转动来支撑转动轴的，因而接触部位是一个点，滚动体越多，接触点就越多；滑动轴承是靠平滑的面来支撑转动轴的，因而接触部位是一个面。其次是运动方式不同，滚动轴承的运动方式是滚动；滑动轴承的运动方式是滑动，因而摩擦形式上也就完全不相同。,.,（三）辊距调整装置,开炼机在工作时因加工物料及工艺过程的不同，对辊距大小的要求也不一样。辊距调整量的大小视机台的规格而定，调距范围一般在0.1-15mm之间。1.类型与结构调距装置按结构形式的不同分为手动、电动、液压传动三种。目前以前两种形式为主。,.,.,（1）手动调距装置,结构形式很多，下图是常用的一种。蜗轮蜗杆传动。,.,另外，在中小型开炼机上，为便于操作，常采用下图的形式。用螺旋齿轮代替了蜗轮蜗杆传动。手动调距装置结构简单、工作可靠，但劳动强度大，适用于中小型开炼机。,.,（2）电动调距装置,如图1-27所示。与手动调距装置不同的是以电动机代替手轮。操作简单、动作可靠，但结构复杂，一般用于大型开炼机。,.,（3）手电结合式调距装置,手电结合式调距装置结合前两者的特点，调距既简单又精确，但结构复杂。,.,（4）液压调距装置,液压调距装置以液压力作为调距动力，在机架内与轴承体相对应的位置处设有两增压油缸，推动辊筒位移。结构简单，操作方便。缺点是不易维护，不能自动退回。,.,2.调距螺杆、螺母的材料,调距装置工作时主要受恒压力的水平分力的作用。螺杆材料常用45钢，螺母材料常用青铜或铸铁。,.,（四）安全制动装置,开炼机属于开式、手工操作的机台，工作负荷大，工作过程中很容易发生人身及机械事故，安全制动装置显得尤为重要。,.,1.安全装置,安全装置有安全垫片和液压安全装置两类。图中2为安全垫片。,.,当开炼机辊筒受到横压力过大时，安装在前辊筒轴承座上与调距螺杆之间的安全垫片被剪切破坏，从而使辊筒的辊距放大，使辊筒受到的横压力下降，保护了辊筒以免辊筒断。其结构见图所示：,.,安全垫片,作用：保护滚筒机架、辊筒等重要零部件。材料：铸铁或碳素钢。用铸铁制造垫片，破坏时灵敏性高，但制造质量不易保证；用碳素钢制造垫片，制造质量好，但破坏时灵敏性差，有延续作用。使用特点：制造容易，更换方便，成本低。但在冲击载荷下，承载能力降低，更换频繁，而且需要停机更换，影响生产。因此在新型开炼机上开始采用液压安全装置。,.,（2）液压安全装置,液压安全装置安装在前滚筒调距螺杆与轴承之间，通过泄油压使得辊距放大，横压力下降，当P下降到低于给定压力后，油压可自动推动前滚筒回复到原来的辊距。特点是不用更换零件，便于控制。,.,（2）制动装置,制动装置的位置：装在电机与连轴器之间的联轴节上，操纵装置装在工人操作位置的附近，拉杆上或脚踏板上，或二者都装。对制动装置的要求：控制位置要适合操作人员使用方便。装置要经常属于正常状态。空转制动后，前滚筒继续回转不得超过滚筒圆周的1/4。目前应用较多的制动装置有安全拉杆和制动器两部分组成。,.,（1）安全拉杆,安全拉杆位于开炼机的横梁上。紧急刹车时，拉动拉杆使行程开关动作。完成两个动作，一切断主电机电源，二接通制动器电源。为克服电动机和辊筒的回转惯性，使辊筒立即停转，还须设制动器。,.,安全拉杆,.,图1常用开炼机的基本结构Fig.1Thebasicstructureofcommonmillforrubber,图中11为安全拉杆,.,（2）制动器,一般装在电机和减速器的联轴节上。常用制动方法是电磁控制制动法。近年来，在小型开炼机的设计中有采用电机能耗制动法。,.,电磁控制制动装置,电磁控制制动装置有块式和带式两种。块式制动器又称电磁抱闸制动器。电磁抱闸制动法简单可靠，为大部分开炼机采用。,.,能耗制动原理,在停机时，先切断主电机电源，同时在电机定子两相绕组中通入直流电源，便产生与电动机转向相反的转距，从而达到制动。这种方法在各种开炼机上广泛应用。,.,（五）辊温调节装置,为确保物料的有效捏炼，开炼机的辊筒表面需要保持一定温度，而且温度因物料与工艺的不同而不同，（如橡胶塑炼温度在3050左右，天然胶在5060左右，混炼时一般不超过7590，以防止早期硫化。）这就需要辊温调节装置。,.,开炼机的工作温度,工作温度对开炼机的加工性能有很大的影响。对橡胶塑炼而言，较低的辊筒温度可获得较好的塑炼效果。天然胶容易包热辊，因此混炼时通常前辊温度控制在5560，后辊5055。多数合成胶在混炼时生热量较大，故两辊温度均应比天然胶低51，而多数合成胶容易包冷辊，所以前辊温度要低于后辊温度。,.,1.类型与结构,常见的调温装置有两种，一种是开式调温装置，主要用在需要冷却的炼胶机上。一种是闭式调温装置，主要用在需要加热的炼塑机上,.,开式调温装置,特点：结构简单，冷却效果好。冷却水耗量大。,.,闭式调温装置,.,（2）强化辊筒冷却效果的措施,严格控制冷却水的初温，1014左右。辊筒内表面加工时要清理干净严格控制冷却水的质量，尽量使用不含盐类矿物质的冷却水。辊筒在使用过程中要经常清洗在保证强度的条件下，减小辊筒的厚度。,.,（六）翻胶装置,翻胶装置位于压片机的上方，可机械翻动胶料，以代替人工割胶、翻胶及打胶包等，使胶料进一步混炼均匀。可降低劳动强度，增大机器的加料容量、减少废料，提高胶料工艺质量、减少能耗。结构如下图所示。,.,翻胶装置的结构,从辊距经前辊拉出的胶片通过挡胶器4到压辊1和翻胶辊2之间，再从两辊间进入辊距。4可随双向丝杠3左右移动。胶料可轴向、周向运动。,.,带翻胶装置开炼机,翻胶装置,.,开炼机的两个辊筒(roll)以不同的速度(velocity)相对回转，当胶料加到辊筒上时，在被辊筒挤压的同时,由于摩擦力(friction)和粘附力(coherentforce)的作用而被拉入两辊筒的间隙(rollgap)，胶料在间隙中受到强烈的挤压(squzze)和剪切(shear)，从而达到加工胶料的目的。从辊隙中排出的料片，由于两个辊筒表面速度和温度的差异而包覆(rollingaround)在一个辊筒上，重新返回两辊间，这样多次反复,完成炼胶(milling)作用.（参见图8）,TheMoldingEquipmentforRubberTheMoldingEquipmentforRubber,（一）工作原理,y,图8开炼机的工作过程Fig.8Schematicdiagramofprocess,O1,O2,x,V1,V2,.,橡胶加工设备,开炼机正常操作时，当物料包覆前辊后，两辊间隙上方还有一定数量的物料堆积（堆积胶）。随着两辊筒的旋转，这些堆积的物料不断被带入辊隙，如此不断更新两辊上方的堆积物料。若堆积胶过多，胶料便不能及时被引入隙缝，只能在原处抖动，这一现象不仅使物料混炼周期加长，而且同一批物料不能经受相同的混炼历程而影响物料的均匀性。若堆积物料太少，则会引起操作过程的不稳定性。所以，确定两辊筒间隙上方适宜的积料量是很重要的。为此，需引入物料与辊筒的接触角的概念来讨论物料进入辊隙的条件。,（二）工作条件,.,接触角,（二）工作条件,物料在辊筒上的接触点A与辊筒断面圆心连线O2A和两辊筒断面中心线的水平线O1O2的交角，被称为接触角(contactangle),以表示，如图9所示。物料能否进入辊隙(rollgap)，取决于物料与辊筒的摩擦系数(frictionfactor)和接触角的大小。对物料进行受力分析，如图10所示。,.,y,O1,O2,x,A,图9接触角Fig.9Thecontactangle,.,受力分析:在接触点A处,炼胶时胶料对辊筒产生一个正压力P,该力通过辊筒圆心.辊筒对胶料也产生一个大小相等方向相反的反作用力Q（径向力）。由于辊筒回转，辊筒对胶料产生一个摩擦力T（切向力tangentialforce），T的方向与Q互相垂直。将Q分解为水平和垂直两个方向的分量QxQy；T分解为水平和垂直两个方向的分量TxTy。可见，水平分量Qx,Tx是挤压物料的，而Qy是阻止物料进入辊隙的，但垂直分量Ty却总是要将物料拉入到辊隙中去的。,受力图,.,y,O1,O2,x,A,图10胶料的受力分析Fig.10Analysisofappliedforcesonthestock,P,Q,T,.,橡胶加工设备,显然，为保证物料能够被拉入辊隙(rollgap)，则必须使TyQy.,T=Q*,Q为辊筒对物料的正压力(directforce),因=tg,故T=Q*tg,为摩擦角(frictionangle),则Ty=T*cos=Q*tg*cos,又Qy=Q*sin,为物料对辊筒的摩擦系数(frictionfactor),Ty=T*cos,T为辊筒对物料的摩擦力(friction),.,橡胶加工设备,Q*tg*cosQ*sin,tgtg,可见，只有当接触角小于或等于摩擦角时，物料才能被拉入辊隙，这是开炼机正常工作的条件。一般情况下，为38-42。接触角的取值在不超出并确保正常操作的情况下因物料而异，目前国内推荐取36-40。,则TyQy即为：,.,另外，开炼机在工作过程中还应十分注意对物料进行切割与翻动的操作。开炼机辊筒单一的周向剪切作用对物料在大范围内的混合是不利的。为弥补其工作性能的不足，增加混合效果，在开炼机工作到一定的时候应进行多种形式的切割翻动物料的操作，是物料受到交叉叠合辊压，改变物料定向并相对稳定的流动状态，改变受剪切的方向，重新分布以实现界面的无规则分布，确保批料整体均匀捏炼。,.,开炼机的工作时间,因为受到辊速（差）、物料容量、加料顺序、操作方法、加工温度、物料种类和配方等因素的影响，开炼机的工作时间大多根据实验而定，在保证捏炼质量的前提下应尽可能缩短时间，如采用分段塑炼法对橡胶进行塑炼时，每次塑炼的时间在20分钟之内。,.,二、主要性能参数,补充：辊筒直径D与长度L辊筒直径与长度指的是辊筒工作部分的直径和长度，单位多以毫米（mm）或英寸（in）来表示。这两个数据一般应符合国家标准系列的规定。标准辊筒尺寸有：（直径直径长度/mmmmmm）160160320，250250620，360360900，400400600，4004001000，450450620，4504501200，5505501500，560510800，610480800，6606602130。近年来直径有最大的趋势，如710mm和800mm。,.,辊筒直径与长度影响这机台的捏炼能力（加工能力）、受力状态及能量消耗。辊筒的直径与长度越大，开炼机的加工能力、所承受的作用力和能量消耗越大。,.,辊距e,辊距指的是两辊筒工作表面之间的最小距离，单位mm。辊距的大小对开炼机的捏炼效果、一次加料量、承受载荷及功率消耗都有影响，所以这是一个重要的操作变量。辊速与速比一定时，较小的辊距会产生较大的剪切力和挤压力。辊距越小，开炼机的捏炼效果越好。另外辊距减小，也会加快物料混合时的分散速度。但是过小的辊距会加大生热和升温速度，并使堆积料增多，影响分散效果。而且辊距变小机台消耗的功率增大。表2给出了160开炼机混炼的实测记录，表明了辊距与功率和横压力的关系。,.,表2160320mm开炼机混炼记录,从表中可以看出e增大，N变小，P变小。容量越大，所消耗的功率越大产生的横压力越大。,.,辊距的大小,辊距的大小应根据物料的特性、工艺要求来调定。生胶在破胶时e保持在23mm，塑炼时15mm，混炼时38mm。为了满足不同物料加工及工艺操作的要求，辊距可在一定范围内进行调节，最小值0.1mm，最大值4.515mm。开炼机规格越大，调节范围越宽。,.,（一）辊速、速比与速度梯度,1.概念辊筒的速度（rolllinespeed）常以辊筒表面回转的线速度V（m/min）或辊筒的转数n（r/min）来表示。在理论研究中常以角速度（1/s）表示。一般来说，开炼机的直径越大，线速度越大。实验表明，线速度越大，生产能力越大。所以说，提高转速是提高Q的一个有效途径。但N也随之增加。速度提高，胶温上升，要保证良好的冷却。,.,辊筒速比,开炼机两辊筒的速度一般不同，前辊的速度V2比后辊的速度V1要小，后辊筒与前辊筒速度之比称为速比，用f表示。f=V2/V1速比根据加工胶料的工艺要求选取，是开炼机重要的参数之一。不同用途的开炼机，速比要求不同。表2给出各种用途开炼机的速比范围。,.,表2各种用途开炼机的速比范围,.,速度梯度（velocitygradient）,由于开炼机两辊筒速比不等于1，所以胶料在辊距中便产生了速度梯度。与转速较快的后辊接触的胶料通过辊距的速度较快，而与前辊接触的胶料通过辊距的速度较慢。这样，在辊距范围内就出现了速度梯度。dv/dy=（v1-v2）/e=v2（f-1）/e式中，dv/dy的单位min-1。,.,y,O1,O2,x,e,图11辊距中的速度梯度,.,2.速度梯度的大小对炼胶的影响,从说明的式子可以看出，速度梯度的大小与速比和辊距有关。速比越大，辊距越小，速度梯度越大。速度梯度越大，物料受剪切的作用就越大，炼胶效果越好，但消耗的功率也越大，物料的温升也越大。为增进捏炼并控制料温，速度梯度一般控制在15002200min-1范围，最大不超过7500min-1。,.,（二）横压力,1.概念在介绍接触角这一概念时已经知道，胶料在辊距间对辊筒产生径向力和切向力，这个径向力就是横压力，用P表示。横压力作用在整段接触弧上，随辊筒间隙的减小而增大。通常认为横压力的合力是作用于接近辊距的最小处，其与水平轴线的夹角为510。,.,y,O1,O2,x,图12辊距中的横压力,F,P,py,px,P,.,横压力的计算,如图12所示，总横压力可分解为Px和Py，Px=Pcos,则P=Px/cos，已知=510，单位横压力的水平分力可通过机台的实测来选择。总的水平横压力Px=px.LP=pxL/cos,.,经验公式P=k(1+f)/2fv2（235/i+27