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小型开放式炼胶机设计,小型,开放式,炼胶机,设计
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任 务 书1毕业设计的背景： 开放式炼胶机（mill for rubber）简称开炼机或炼胶机，是橡胶工业中使用的三大炼胶设备之一。它是橡胶工业中使用最早，结构比较简单的最基本的橡胶加工机械。早在1820年就出现了人力带动的单辊槽式炼胶机；双辊筒炼胶机于1826年应用于橡胶加工生产中，至今已有180多年的历史。我国设计制造大型开炼机始于1955年，到目前为止开炼机仍然是国内外橡胶企业使用的主要炼胶设备之一。随着橡胶工业的发展，开炼机也逐步得到更新和完善。国内对开炼机的改进研究做了不少工作，新结构开炼机得到不断发展，现在的开炼机具有重量轻、体积小、结构紧凑、操作方便等特点，并且提高了设备使用寿命、降低了劳动强度、减少了操作辅助时间。2毕业设计(论文)的内容和要求：1. 完成开放式炼胶机的机械结构设计；2. 完成开放式炼胶机的控制系统主体设计；3. 撰写毕业设计论文一份；4. 绘制不少于3张A0的图纸工作量。3主要参考文献：1黄树林. 国产开炼机的发展历程与趋势J. 橡胶工业,2007,07:440- 443.2岳亚旗,张翼飞,张敦谊,高国利. 开炼机升级改造方案J. 装备制造技术,2014,01:243-244.3曹伟魏. 开炼机辊筒的有限元分析及其优化设计D.中南林业科技大学,2013.4张刚. 开炼机调距装置监控系统的研究D.大连理工大学,2008.5魏兵. 开炼机供胶稳定性的改进J. 轮胎工业,2008,03:179-181.6曾宪奎,张宗廷,吕冲. 开炼机炼胶工艺参数2种优化方法的对比研究J. 特种橡胶制品,2015,01:67-70.7曹莉萍,吴俊功. 不同驱动形式开炼机传动系统性能对比J. 橡胶工业,2008,07:411.8宋国宗. 开炼机炼胶工艺参数多目标优化研究D.青岛科技大学,2014.9马宏远. 开炼机液压调距系统设计与控制研究D.兰州理工大学,2010.10Debapriya De, Amit Das, Debasish De, Brojendranath Dey, Subhas Chandra Debnath,Bidhan Chandra Roy. Reclaiming of ground rubber tire (GRT) by a novel reclaiming agentJ. European Polymer Journal,2005,4:42.11 Ji-Zhao Liang.A Reliability Analysis Based on Fatigue Strength of Open-Mill RollersJ.Polymer-Plastics Technology and Engineering, 2006,45(1/3):403-407. 12 Augustine B. Makokha,Michael H. Moys .Characterizing slurry hydrodynamic transport in a large overflow tubular ball mill by an improved mixing cell model based on tracer response dataJ.Powder Technology: An International Journal on the Science and Technology of Wet and Dry Particulate Systems,2011,211(2/3):207-214.13 Chibwana C,Moys MH.Radial mixing of particles in a dry batch ball millJ.Powder Technology: An International Journal on the Science and Technology of Wet and Dry Particulate Systems,2006,163(3):139-144. 14 Peixin He,Benqiao He,Weidong Xiao et al.Mechanochemical Copolymerization of Poly(Vinyl Chloride) With Methyl Methylacrylate in an Open Mill MachineJ.Journal of Vinyl & Additive Technology,2006,12(2):42-48.15WARREN SHOULBERG.Alok Plans to Open Mill in the U.S.J.Home textiles today,2013,34(12):1-31.4毕业设计(论文)进度计划(以周为单位)：1查阅与毕业设计课题相关的资料2查阅与毕业设计课题相关的资料3提交开题报告4对设计课题资料进行整理，提交整体设计方案，至少提供2套方案5与指导老师讨论设计方案，确定最终方案6展开具体的设计计算与校核，绘制相应设计草图7展开具体的设计计算与校核，绘制相应设计草图8绘制相应设计正式图纸9绘制相应设计正式图纸10撰写毕业设计论文草稿11撰写毕业设计论文草稿12图纸及论文修改并提交13答辩教研室审查意见： 符合培养方案要求，进度安排合理。 室主任签名： 年 月 日学院审查意见： 教学院长签名： 年 月 日小型开放式炼胶机设计THE DESIGN OF SMALL OPEN-MILL MACHINE 摘要XK-400开炼机是橡胶加工过程中普遍使用的设备之一，主要用于橡胶的塑炼、混炼、热炼等。我国开炼机的发展相当迅速，相应的产品多样化也达到了行业的整体水平，但与工业水平发达的国家比起来还是有很大的差距。未来开炼机的研究发展趋势有望朝着个性化与智能化两个方向继续发展。本设计首先结合开炼机的市场潜力和发展背景，针对XK-400开炼机确定其主要性能参数，随即对总体设计进行相应的分析及合理的选择，其次对主要零部件和电气控制部分进行整体设计。对多种传动方案进行设计分析，参选出其中最佳的方案，确定最优的结构设计，以保证开炼机的合理准确运行。本设计主要利用机械原理和机械设计的理论知识对开炼机的主要零部件进行相应的设计计算，确定各零件的基本尺寸；利用所学电路知识对开炼机电气控制部分进行设计；利用三维设计软件CAD、SolidWorks绘制有关零部件，并进行装配等。关键词 开炼机；性能参数；电气控制；三维软件IAbstractXK-400 open-mill machine is one of the common equipment used in rubber processing and mainly used in rubber plastics processing, mixing processing, hot processing and so on. Although the technology of open-mill machine in our country is on the rapid development and satisfied with the corresponding industry requirements, there is still a big gap with the developed countries. In the future, the trend of open-mill machine development is towards the individuation and the intelligence.Firstly, the work introduces the research background of the open-mill machine. In the light of the XK-400 open-mill machine, its parameters are determined by the market requirement. Then, the overall machine-frame design is conducted according to the functional analysis. Thirdly, the key mechanical design and the electrical control circuit are performed. This is the main work of this dissertation. In addition, the best transmission scheme is chosen for accurate running of the open-mill machine.The design mainly utilizes the theoretical mechanical principle and mechanical design knowledge, the circuit control, CAD and Solidworks software.Keywords Open-mill machine Performance parameter Electrical control 3D softwareII目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 开放式炼胶机研究的背景及意义11.2 开放式炼胶机的发展趋势21.3 开炼机的类型、规格及技术特性31.3.1开炼机的类型31.3.2开炼机的规格及技术特性31.4开炼机的工作原理及设计的基本内容31.4.1开炼机的工作原理31.4.2开炼机设计的基本内容52 XK-400开炼机总体方案设计62.1 XK-400开炼机的基本结构62.2 XK-400开炼机主传动方案选择62.2.1减速器的方案的选择62.2.2 主传动方式的选择72.3传动电动机的选择93 XK-400开炼机主要性能参数确定113.1 辊筒直径与辊筒长度确定113.2 辊距的确定113.3捏炼容量与生产能力确定123.4 辊筒工作速度、速比及速度梯度123.4.1辊筒工作速度133.4.2辊筒速比133.4.3 速度梯度133.5接触角与横压力143.5.1接触角143.5.2横压力154 主要零部件设计184.1 辊筒184.1.1 辊筒的技术要求184.1.2辊筒结构形状与各部分尺寸194.1.3 辊筒的受力分析194.1.4辊筒的总体尺寸确定204.2 齿轮214.2.1 模数的选择214.2.2 小齿轮齿数的选择224.3辊筒轴承244.4调距装置24I14.4.1调距装置基本结构244.4.2调距装置工作原理254.4.3调距装置基本部件尺寸确定254.5 机架274.5.1开炼机机架的联系与结构274.5.2开炼机机架材料、基本尺寸设计274.6其他组成零部件285 电气控制部分设计295.1电气装置使用说明295.2电气装置的安装与维护30总结30致谢33参考文献34II1 绪论1.1 开放式炼胶机研究的背景及意义从上世纪80年代开始，我国橡胶机械行业发展相当迅速，与此同时从事橡胶机械产品生产的企业数量，从公有为主的30多家到2000年时的各种经济成分的企业已达到250家，从业人员约为3万人，其中技术人员约为3000人。加之子午线轮胎的诞生，标志着轮胎业的发展进入了一个新的时代，使橡胶机械行业迎来了新一轮的发展高峰。据最新统计情况来看，全国橡胶机械企业已达到400家，主要骨干企业30家1。在改革开放之前，国内橡胶机械行业相对处于落后的状态。尽管能相对独立自主的生产出包括开炼机、挤出机、密炼机、成型机、压延机到轮胎定型硫化机等品种较全的橡胶机械，但是主机的精度、性能和热工元件技术、配套的检测技术、电器元件技术、液压气动技术以及计算机技术较之发达国家都比较落后，严重地限制了国内橡胶机械的发展。在改革开放之后，国内的橡胶企业先后从美国、日本、英国、德国、荷兰和意大利等国引进了具有先进水平的各种橡胶机械，国内橡胶机械行业在原有的工业基础水平上，通过对关键设备和联动生产线进行了产品分析，并对分析结果的消化吸收，再根据国内橡胶企业的生产实际情况和生产条件进行改造，使国内橡胶机械的技术水平有了相当大的提高。近年来，尤其是我国入世之后，国外机械电气检测等知名企业大量的涌入我国，使我国相对比较弱势的电气配套、液压气动配套、计算机软件、热工管路配套、控制配套技术和检测仪表配套等得到了显著的提升，大大地缩小了国内橡胶机械的总体水平与国外技术的差距。目前，我国也能生产出较高水平的橡胶制品设备，如力车胎设备、翻胎设备、再生胶设备、胶管设备、胶带设备和某些连续硫化联动生产线等。橡胶工厂也能实现最大限度的无人或少人操作的生产线，橡胶机械企业将设计制造出更多更好的各种机械化、自动化、智能化的橡胶制品生产设备和生产线。随着近年来轮胎行业的迅猛发展，橡胶机械行业也随之迅猛发展，其产值在经过2000年前后的徘徊以后，20012004年连年快速发展，分别为23亿元、28亿元、42 亿元、57亿元，增长速度平均为35%。橡胶机械行业20012004年实现利税分别约为1.5亿元、1.7亿元、2.3亿元、4.0亿元。按各年度总产值折算成利税率分别为13%、10%、7%、9.5%。从以上数据可以看出，橡胶机械行业的效益最高时，其利税率也只有13%，而其最低仅为7%，由此看来企业除了相应的税收以外，能得到的利润也是相当可观的。对于我们来说，国内橡胶机械也在逐步走出国门，出口贸易逐年增加，20002004年分别为1.9亿元、2.1亿元、4亿元、4.8亿元，其增长率分别为10%、90%、20%，增长速度是比较快的，为国内橡胶机械的发展提供了良好的前景。从国内橡胶机械的出口率来看，一般只占总产值的7%9%，出口率很低1。从中可以看出，我国的橡胶机械与国际同类产品相比在质量和技术水平方面还有相当大的差距；另一方面可以看出对于国际橡胶机械这一庞大的市场来说，我国还有很多的机会可言，发展的潜力也是十分巨大的，要紧紧的抓住这一契机，把我国的橡胶机械更进一步的推广出去。对于我所设计的这台开放式炼胶机，在诸多方面借鉴了现有的开炼机产品，并在原有基础上做出了一些改进，希望能在炼胶方面进一步的提高生产效率，对开炼机的发展能提供一些贡献。1.2 开放式炼胶机的发展趋势开放式炼胶机又被叫做开炼机或者炼胶机，在橡胶工业生产中是最常用的基础设备之一，在炼胶设备中占据着一席之地。同时它是最早使用于橡胶工业生产之中，结构也相对较为简单的基础橡胶生产机械。早在1820年就出现了人力带动的单辊槽式炼胶机，而在1826年时就已经发明了较为先进的双辊筒式炼胶设备，并开始逐步投入于橡胶的生产应用之中，这类炼胶机到目前也已经有180多年的历史。我国于1955年也开始自主研发设计较大型号的开炼机，并开始大规模的进行生产制造。至今，开炼机在全球橡胶企业中仍然扮演者一个举足轻重的角色，依旧是炼胶过程中最基本的生产设备之一。到目前为止，国产开炼机已成为系列，并完成了部分规格的定型设计工作，早已出口国外。对于常规开炼机而言，尽管在其主机结构方面的变化相对比较少，但相应的附属结构一直处于不断更新和改变之中。随着橡胶工业的不断发展，开炼机在逐步的完善和不断的更新。我国在对开炼机的改进研究中也做了许多相关工作，从而开炼机的结构在不断的创新，正在逐步向着体积小、重量轻、操作方便、结构紧凑等这些方面不断升级，并且提高了设备的使用寿命、减少了操作辅助时间、降低了劳动强度，争取使其向机械化、自动化水平不断靠拢1。在自动化混炼作业流水线中，由于挤出机、密炼机和连续混炼机等设备的应用和发展，开炼机的使用范围已显著缩小，但在中小型工厂中，特别在再生胶和小批量特殊胶种以及胶料的生产中，应用仍较为普遍，所以说开炼机依旧有其市场价值可言。开炼机同时拥有着橡胶加工与轮胎生产两大市场，其价值不可估量。由于汽车轮胎制造业发展的需要，目前市场上开炼机的规格已经达到了，其辊筒线速度达，主电机驱动功率增至，且有双电机驱动、单电机驱动和直流电机无级调速驱动等多种驱动方式。开炼机未来的发展趋势包括提高生产效率，提高机械化自动化水平，改善劳动条件，延迟机器使用寿命，减小机台占地面积，完善附属装置等2，从这些发展趋势可以看出其前景还是比较宽阔的。今后发展方向10-15：辊筒的材质及铸造方法轴承方面调距方面传动方面，采用双出轴 安全装置（全方位刹车）控制方面，实现自动化操作，改善劳动条件1.3 开炼机的类型、规格及技术特性1.3.1 开炼机的类型开炼机主要运用于：生胶的塑炼；胶料的混炼；混炼胶的热炼、供胶；胶料中杂质的清除；生胶的破碎、洗涤；生胶的压片；再生胶的粉碎、混炼、压片等。同时在油漆颜料工业生产和塑料加工过程中也被广泛应用。从橡胶加工工艺用途方面来看，开炼机大体上可以分为十种类型，见表1-1。从其结构形式和传统形式来看，开炼机可分为三种形式：包括标准型，整体型和双电机传动型。表1-1 开炼机的类型类型辊筒表面情况主要用途塑（混）炼机压片机热炼机破胶机洗胶机精炼机再生胶混炼机精细破胶机生胶压片机实验用炼胶机光滑面光滑面光滑面或前辊光滑面、后辊沟纹面沟纹面或前辊光滑面、后辊沟纹面沟纹面腰鼓形光滑面沟纹面沟纹面或光滑面光滑面生胶塑炼、胶料混炼压片、供胶预热供料破碎天然胶、废胶块除去生胶、废胶、胶布中的杂质清除再生胶中硬杂物质再生胶的捏炼破碎废胶、制造再生胶天然橡胶的烟片和绉片的制作各种小量胶料实验1.3.2 开炼机的规格及技术特性通常用“辊筒直径工作部分的长度”来表示开炼机的规格，以毫米或英寸为单位。如，表示前、后两辊筒工作部分的直径为，工作部分长度为。目前国产的开炼机前后辊筒直径相同，并规定了直径和长度的比例关系（长径比），故只用辊筒直径表示规格，同时在直径的数值前面冠以汉语拼音符号，以表示机台的型号和用途。如XK(S)-400炼胶机，X表示橡胶类，K表示开炼机，S表示塑料类，400表示此类机器辊筒工作部分直径为。另外一些炼胶机有着专门的用途，这时通常在符号后面加一代号说明，例如XKP为破胶机、XKP为热炼机等。1.4 开炼机的工作原理及设计的基本内容1.4.1 开炼机的工作原理开炼机在工作时两个辊筒分别以不同的线速度相对回转，当胶料加到辊筒上时，在被辊筒挤压的同时，由于摩擦力和粘附力的作用而被拉入两辊筒的间隙之中，逐渐形成楔型断面的料条，胶料在间隙中受到强烈的挤压和剪切，因为极大的机械撕裂作用，同时伴随着高分子材料分子链的氧化裂解，物料得以塑化；剪切使物料产生的形变，增加了各组分之间的界面，从而使其分布混合；足够大的剪切应力也使物料分散开来，从而达到加工胶料的目的。由于两个辊筒表面速度和温度的差异，从辊隙中排出的料片会包覆在一个辊筒上，并且重新返回两辊间，这样多次反复，以达到炼胶的目的。在开炼机常规的操作过程中，物料能够包裹在前辊上，但是两个辊筒间隙上方仍然会有一些物料堆积，这是不可避免的。伴随着两辊筒的不断旋转，这些堆积于间隙上方的物料能够不断的被压入辊隙之中，这样就可以不断的使两辊筒上方的堆积物料得以更新，从而避免堆积的物料不能得到加工。但是往往堆积的物料过多时，这些堆积的物料就不能够再一次的被压力辊隙之中，这时候就会出现被加工的物料不均匀，与此同时由于各物料间的混炼历程不同而使物料混炼的周期变长，影响加工效率；相反，如果堆积的物料太少，就会使操作过程的不稳定性增加，影响被加工物料的质量。由此看来，在加工过程中要合理把控两辊筒间隙上方的物料量，以保证加工效率和加工质量。开炼机的操作多适用于间歇性的操作过程，加工过程追求重复性。其工作过程如图1-1所示。1切胶刀 2带状胶条图1-1 开炼机的工作过程从图1-2可见，在加工物料时，物料对辊筒会产生一个正向的压力，这个正压力与辊筒表面垂直，即通过辊筒圆心。此时辊筒对物料也会形成一个反作用力，其值与正压力大小相等，方向相反。此外，因为辊筒的回转作用，辊筒对物料也会形成一个摩擦力，的方向与反作用力互相垂直。如果将反用于力分解为水平方面分力和切向分力，水平分力的作用是对物料进行挤压，从而使其产生形变；切向分力将物料从辊筒间推出来，而摩擦力则是使物料能够被带入到辊距中。很明显，当时，此时物料没有办法进入辊距，只有在时，物料才能成功进入到辊距中，所以是炼胶（塑）的加工时的充要条件。图1-2 炼胶（塑）时的操作条件1.4.2 开炼机设计的基本内容此毕业设计的主要任务是设计符合技术参数的开放式炼胶机，针对的具体机型为开放式炼胶机，为此我做了以下相关工作：（1）按照设计要求的参数计算出此开炼机的其他主要性能技术参数，随即对总体设计进行相应的分析及合理的选择；（2）开炼机的整体设计，其中包括电动机选型、减速器的选择、以及主传动方案的对比分析。（3）主要零部件的设计，例如辊筒的设计、机架设计、调距装置设计、挡胶板设计、等。最后对电气控制部分进行了简单的分析，制定出了相应的电气控制方式。对开炼机设计的基本要求可以总结为生产效率、生产成本、产品质量和生产实际需求情况等四个方面。着四者间虽然有一定的矛盾性，但是若能合理协调好它们之间的关系，就能使之成为一个庞大的整体，同时能够在保证产品使用性能的前提下，尽一切可能的降低生产成本。因此，好的设计方案能够使质量、生产率和经济效益达到统一规整的效果，这是十分值得提倡的。橡胶、塑料制品实际生产过程中对于产品的质量要求和对生产效率与使用的可靠性是开炼机不断改进完善的基本要求，开炼机的组成一般包含电动机，减速器和相应的工作机构，但是由于工艺要求就会有不同型号的开炼机，每种开炼机都会有自身独特的特点，但是设计的方法和设计思路都是基本相似的，本设计同样参照了同类开炼机的设计方法来完成这项毕业设计。2 XK-400开炼机总体方案设计开炼机在制造橡胶、塑料制品中被广泛应用，是此类产品制造过程中最基础的设备之一。生产效率、产品质量和生产成本是开炼机设计过程中三项最基本的要求，因此在开炼机在设计过程中保证生产效率的同时也要保证其使用性能，进而降低生产成本，所以开炼机的设计要同时满足这三项要求才能算得上是一个不错的设计。2.1 XK-400开炼机的基本结构开炼机与其他规格的开炼机的结构基本都是相似的，主要由辊筒、机架与横梁、底座、传动装置、辊筒轴承、调距装置、辊温调节装置、润滑装置、安全制动装置、紧急停车装置等组成。同时开炼机根据不同的产品需要，也被要求有不同的辅助机构，主要包括挡胶装置、翻胶装置、冷却装置、胶片切割装置等。图2-1 常用开炼机的基本结构2.2 XK-400开炼机主传动方案选择2.2.1 减速器的方案的选择根据产品机器的可适用性以及设计需求综合考虑具体情况，现给出以下三种减速器的方案3可供选择：（1）圆锥-圆柱齿轮减速器，其特点是结构紧凑，占地面积较小，但工作时容易发生噪音，使用的寿命也比较短，维修时麻烦。（2）圆弧齿轮减速器，其特点是结构紧凑，占地面积小，质量轻，长度短；缺点是维护检修不方便，对日后的保养工作带来一定的限制。（3）圆柱齿轮减速器，其特点是制造简单，互换性好，装配和维修方便，工作平稳无噪声，但占地面积较大。根据以上三种减速器的性能介绍，可以形成一个简单的对比，综合使用寿命以及后期维护检修难易程度来看圆柱齿轮减速器相对于其他减速器来说更具有优势可言，加之实际情况与制造成本，考虑到现有装配技术，故选择方案（3）圆柱齿轮减速器作为本次设计的减速器形式。由以上方案中确定了开炼机对应的减速器为圆柱齿轮减速器。圆柱齿轮减速器，互换性较好，制造简单，工作时平稳无噪声，装配和维修方便，但占地面积较大。根据实际工作状况直接选择三级圆柱齿轮减速器，其外形尺寸如图2-2所示。图2-2 ZSY减速器外形尺寸该减速器功率为，减速传动比，具体安装尺寸见表2-1所示。表2-1 ZSY减速器安装尺寸规格ABHai=22.471d2(m6)l2L2b2t2d1(m6)l1L1b1t1315116057074969948823371451.5140200470361482.2.2 主传动方式的选择开炼机的传动系统是其能够工作的动力来源，是开炼机设计中不可或缺的一部分。主要包括减速器、电动机、驱动齿轮和速比齿轮等。传动系统的选择能够直接的影响到开炼机的整体布置、机器的维护与使用和其占地面积大小。所以，在选择时要充分考虑，给予必要的重视。以下有三种常见的传动方式给予选择：（1）以异步电动机担当动力源，同时连接块式制动器，通过圆柱齿轮减速器带动小驱动齿轮，来使后辊筒转动，进而通过齿轮啮合来驱动前辊筒动作。同时包含手动调距装置、开式辊温调节装置、滚动轴承，用安全垫片作为安全装置等。此种传动形式的特点是工作可靠，结构简单，制造方便，所需要的成本也相对较低。相对而言引起轴向尺寸较长，开式齿轮维护较为困难，在缺油的情况下容易产生齿间磨损。传动关系如图23（a）所示。图23（a） 异步电动机通过圆柱齿轮减速器带动的单台传动（2）以异步电动机担当动力源，同时连接块式制动器，减速装在机架的内腔，从而带动大小驱动齿轮、速比齿轮来使得前后辊筒转动。将减速器内的渐开线齿轮替换为圆弧齿轮，从而来减小中心距和体积。此传动方式的优点是结构紧凑，占长度短，质量轻，地面积小；缺点是维护检修较为困难。传动关系如图23（b）所示。图23（b） 异步电动机通过圆弧齿轮减速器带动的单台传动（3）以异步电动机担当动力源，同时连接块式制动器，通过圆弧齿轮减速器、联轴器来使前后辊筒转动。此种传动形式的特点是同时取消了速比齿轮和大驱动齿轮，但是要利用双电动机，进而通过减速器来分别带动前后两个辊筒，联轴器需要同时连接减速器与辊筒。其优点是结构紧凑，使用寿命较长，维护方便，外形美观；缺点是制造所需的周期比较长，且减速器轴承也不容易更换。传动关系如图23（c）所示。图23（c） 用双电机通过圆弧齿轮减速器带动的单台传动通过对比给出的三种传动方案，其传动效果与制造成本方面各有千秋，综合考虑实际情况，结合制造成本，可以看出方案（1）相对比较具有优势，但是方案（3）也利用联轴器的传动方式也不失为一种好的方案，但是考虑到其要用两个电机同时驱动，且制造所需的工时也相对较长，所以还是不予考虑，按照常规的开炼机传动形式以及开始选用了圆柱齿轮减速器，进而从产品质量和经济性出发，同时要够保证生产的高效率和安全性，即对生产实际与设计要求进行综合考虑，选用第（1）种方案,通过圆柱齿轮减速器来驱动辊筒。在此次设计中与常规方案（1）又有所不同，对方案（1）进行了一定了改造，取消了驱动齿轮，通过电动机带动减速器然后用十字滑块联轴器连接后辊速比齿轮，通过齿轮啮合使两辊筒转动，开炼机开始工作。此设计是对方案（1）与方案（3）进行了结合，择其所长去其所短，从而达到了更好的设计效果。2.3 传动电动机的选择开炼机工作负荷变动大，有时需要负载启动，加之混炼和压片工艺需要加入粉状配合剂，配合剂极易使电动机发生短路，因此对开炼机电机选择有以下要求：（1）启动时产生的扭矩要足够大；（2）制动性能要好；（3）能够实现正反转；（4）转速要恒定；（5）要有超负荷运转的特性；（6）对于压片、混炼制造的机型需要采用封闭型电动机。开炼机常使用三相异步交流电动机作为驱动电机，通常有全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机和绕线式异步电动机两种形式。通过对比这两种电机性能，可以发现绕线式电动机启动时性能比前者好，价格高，但可靠性差；全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，防尘性能虽不如绕线式异步电动机，但其结构较为简单，价格低，且能满足开炼机多用空车启动的性能要求，综合考虑，故选择此类电动机。2.3.1 电动机的选型全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机一般为Y系列电动机，此类电动机主要适用于驱动无特殊要求的机械设备，对于开炼机而言同样适用。即按工作要求以及工作条件选用此类三相异步电动机，Y系列可以满足启动要求，其结构为封闭式，额定电压为。（1）电动机功率的计算在开炼机整个炼胶过程中，电动机的功率都是不相同的。由于开始炼胶时，物料较硬，所需要的功率通常是正常工作时的2到3倍；当物料逐渐变软，所需要的功率自然下降。通常用辊筒旋转阻力矩计算开炼机的传动功率： 式（2.1）式中 传动功率，； 克服胶料变形的阻力矩，； 克服轴承摩擦阻力矩，。 两辊平均转速，； 机械传动效率，按照经验取0.9。将数据代入上式，可求得电机功率约为80千瓦。依据橡胶机械设计相关要求，电动机功率的选择应比实际计算值小1.52倍。所以开炼机电动机功率约为40千瓦左右。（2）电动机转速的计算已知主轴轴转速为：，减速器传动比，所以电动机转速为：。查阅Y型电动机参数表，选出40千万左右的电动机类型，具体见表2-2所示。型 号额定功率额定电流转速效率功率因数堵转转矩堵转电流最大转矩噪声振动速度重量额定转矩额定电流额定转矩1级2级kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skgY250M-6377298090.80.91.86.52.076812.8395Y200L2-23769.8295090.50.892.07.02.290952.8250Y225S-43770.4148091.80.871.97.02.279841.8294Y280S-83778.274091.00.81.86.02.073782.8500表2-2 常用Y型电动机型号参数表综合考虑实际工况，且转速满足计算要求的，只有Y250M-6型电动机。即开炼机选用Y250M-6型电动机，额定功率为，转速为。3 XK-400开炼机主要性能参数确定开炼机的各项能力受其性能参数直接影响，不同规格的开炼机有着不同的性能参数。同时产品质量在很大程度上也会受其性能参数所影响，所以确定合理的主要性能参数4对开炼机设计而言是十分重要的。3.1 辊筒直径与辊筒长度确定通常用辊筒工作部分的直径与长度来表示辊筒的直径与长度，单位用毫米表示。开炼机辊筒的直径与长度有着明确的国家标注系列的规定。因此型开炼机辊筒的工作直径，工作长度。辊筒直径与辊筒长度会直接影响机台的捏炼容量（加工能力）、能量消耗以及受力状态等。辊筒的直径与长度往往与这三项能呈现正比的关系。3.2 辊距的确定辊距就是两辊筒在加工时相对面之间所产生间隙的最小距离，用来表示，如图3-1所示，单位为毫米。辊距是开炼机中最基本的一个操作变量也是十分重要的一个操作变量，辊距的大小往往能够直接影响开炼机的一次加料量、捏炼效果、能量消耗和承受载荷。图3-1 工作过程中的辊距及速度梯度在开炼机加工过程中，假设其速比与辊速一定，小的辊距通常会产生较大的挤压力和剪切力。越小，捏炼效果也就越好，这时所加工的物料也就越薄，冷却效果在一定程度上也会得到提高，进而提高了捏炼的效果。同时物料的混合分散速度也受的影响，越小分散效果也就越好；若过小反而增加了升温与生热的速度，使物料逐渐堆积，散热受到影响，从而减小了物料的混合分散效果，此时反而会增加机器的负荷与能量消耗。所以，也不是越小越好，通常要根据加工量的大小，来逐步增大的大小来维持辊筒上方物料堆积的适量情况，从而来改善机器的受力情况。开炼机中大小应根据工艺要求、物料的特性在加工过程中通过专用的调距装置来进行调节。不同的物料加工过程有着不用的辊距大小，具体可以参照橡胶加工手册来进行选择。的调节范围也是有限的，其值最小为，最大为。同样开炼机规格越大，其的调节范围也就越宽。本设计中，规定开炼机其最大调节辊距为。3.3 捏炼容量与生产能力确定（1）捏炼容量：物料一次能够炼胶的量开炼机生产能力的大小和物料捏炼的质量都受其捏炼容量的影响。容量过低时，会降低生产能力，并且会增加辊筒运转时的不稳定性；容量过高时，物料难以进入到辊隙之中，只会不断堆积于两辊筒之上。当物料全部包裹在前辊筒上后，再根据两辊筒上方现存有的堆积料，来确定合理的捏炼容量5。一般按公式： 式(3.1)式中 一次加料量，； 经验系数，； 辊筒直径，； 辊筒工作部分长度，。所以，将数据代入上式，开炼机的捏炼容量为：（2）生产能力：单位时间内开炼机的加工产量影响开炼机生产能力的因素较多，如辊筒直径、辊筒长度、一次容胶量、速比、辊距、辊速、炼胶时间、炼胶温度和操作方法等。所以，一般用分析对比和计算相结合的方法来确定生产能力。生产能力的大小在连续操作机型与间歇操作机型之间也有着很大的区别，本设计中开炼机为间歇操作类型的开炼机，其生产能量可按下式计算： 式（3.2）式中 生产能力，； 一次加料量，； 物料密度，取0.83； 一次捏炼时间，； 设备利用系数，一般取为0.850.90。将数据代入上式，开炼机的生产能力为：3.4 辊筒工作速度、速比及速度梯度辊筒工作速度、速比以及速度梯度同样是开炼机中重要的工作参数6，其值大小要根据被加工物料的性质、工艺要求、生产安全、机械效率与劳动强度等来确定，同样这些参数都能够影响工作效率、加工能力和能量消耗。3.4.1 辊筒工作速度通常用辊筒在工作中表面线速度来表示辊筒的工作速度，其速度以前辊筒速度为准。同时生产能力的大小直接受到辊速的影响，增大辊速能提高生产能力，但不宜过高；高的辊速会迅速提高物料的温度，从而影响产品质量。辊速的大小受到辊筒规格、附属设备以及工艺要求的影响，开炼机本身有着比较完善的附属设备和好的机械性能，那么其辊速也就有了一定的提高。根据规格大小，规定开炼机最高辊速可达。3.4.2 辊筒速比用两辊筒线速度之比来表示速比，用符号表示。在开炼机中辊筒间的转速一般是不相同的，速比用后辊筒的速度与前辊筒的速度之比来表示，其表达式为： 式（3.3）式中 速比； 后辊筒线速度，； 前辊筒线速度，；在开炼机中，为了操作安全且方便，一般要求要大于，即。在胶料加工过程中，对于不同的工艺要求也有着不同的速比，速比参数的大小同样起着重要的作用。以下为不同工艺要求下开炼机速比范围，具体见表3-1所示。表3-1 开炼机速比范围用途速比用途速比塑炼混炼压片热炼1：（1.151.30）1：（1.081.20）1：（1.071.08）1：（1.201.50)破胶再生胶粉碎再生胶捏炼精炼1：（1.301.50）1：（1.301.42）1：（1.301.42）1：（1.802.54）XK-400开炼机的速比大小参照表3-1，同时根据其规格与机械化水平，再结合具体生产实际情况，在前辊速度为的前提下，选用速比。3.4.3 速度梯度辊距中的速度梯度是由于与大小的不同而产生的。一般情况下要大于，因此物料从后辊进入时速度较快，反之从前辊进入时速度较慢，这样一来在中就出现了速度梯度，如图3-1所示，其表达式为： 式（3.4）式中 速度梯度，； 辊距,。由公式可见，提高，增大，减小，就会使速度梯度增大，此时能够增加加工过程中的剪切形变和机械破坏，进而减少加工所需要的时间，使效率得到提高。但当与过大时，就会产生巨大的摩擦力，使物料温度急剧升高，降低产品质量。因此，速度梯度应当控制在一个合理的范围之内，且不能超过被加工物料的最高温度值，同时还要提高冷却效果。所以规定速度梯度一般控制在的范围之内，最大不超过。3.5 接触角与横压力3.5.1 接触角在开炼机加工过程中，两辊上方胶料量要适宜，物料通过辊筒不断被压入辊距之中来达到炼胶的效果。如果物料太多，辊筒就不能及时将物料带入，此时会影响炼胶的效果。接触角的概念就是为了确定开炼机加工过程中最适宜的积料量而产生的特定的工艺参数。所谓接触角，即胶料在辊筒上接触点A与辊筒断面圆心连线和辊筒断面中心线的水平线的交角。以表示，具体如图3-2所示。图3-2 接触角胶料与辊筒之间的摩擦系数和接触角能决定胶料是否能顺利进入辊隙之中。对物料进行受力分析，如图3-3所示。在炼胶作业时，在接触点A处,胶料对辊筒会产生一个正压力，该力通过辊筒圆心；此时，辊筒对胶料也会产生一个大小相等方向相反的反作用力（径向力）。由于辊筒回转，辊筒对胶料产生一个摩擦力（切向力），的方向与互相垂直。将分解为水平和垂直两个方向的分量与；分解为水平和垂直两个方向的分量与。可见，水平分量与对物料是挤压的作用，而是阻止物料进入辊隙之中，但垂直分量反而是将物料拉入至辊隙之中。图3-3 胶料的受力分析通过分析必须使，才能使物料被压入辊隙之中。 为辊筒对物料的摩擦力 为辊筒对物料的正压力因 为物料对辊筒的摩擦系数故 为摩擦角则又则即为：通过简单分析，物料能被压入到辊隙之中的必要条件是，当接触角小于等于摩擦角时才能满足，才能保证开炼机的正常工作。一般情况下，规定为。而接触角的大小根据不同的加工材料而选定，同时要求其值不能超过的大小。根据我国实际情况，一般取。3.5.2 横压力横压力是物料在辊筒间隙中对辊筒产生的径向压力，又叫做分离力，用表示。通常认为横压力的合力是在辊距最小的地方，其作用线与水平方向的角度一般在的范围内。同样横压力可以分解为水平方向和垂直方向的两个分力，分别为和，如图3-4所示。其中： 式（3.5） 式（3.6）图3-4 辊距中的横压力横压力的值在开炼机实际加工过程中是不断变化的。横压力的最大值一般出现在刚开机工作的几分钟内，之后因为温度的增加，物料变的柔软，此时横压力的值也会随之而下降。一般横压力趋于稳定的时候，可认为物料已经达到了捏炼的效果。通过分析加工过程中横压力的变化量可以实时对加工工艺进行改善，从而更好的利用机台来提高经济效益。（1)影响横压力的因素加工温度、物料的性质、辊筒线速度、辊距等诸多因素都会对横压力的大小产生影响。实验表明：胶料越硬，就越大胶温越低，就越大辊距越小，就越大开炼机规格越大，就越大。线速度增大，增大，但同时升高，相对减小，即影响不大。（2）横压力的计算如图3-4所示，总横压力可分解为和，即，其中，而一般可以通过实际测量来进行选择。如表3-2给出了开炼机在不同工艺中单位水平横压力的值。且有公式： 式（3.6）式中 总横压力，； 水平横压力，； 开炼机工作长度，。表3-2 单位水平横压力(水平分力)数值开炼机规格工艺用途单位横压力/()XK-160XK-350XK-400XK-450XK-550XK-660XK-660XKP-550实验用塑炼、混炼、热炼塑炼、混炼、热炼塑炼、混炼、热炼塑炼、混炼、热炼热炼（沟纹辊）压片破胶500700800900100015008001500开炼机横压力的值同样受到工艺过程、被加工物料性质、辊距、辊筒速度的影响，同时参照表3-2，参选出其单位横压力，又其辊筒工作长度为，带入上述公式可得：。综上述所，XK-400开炼机主要性能参数如下：1、辊筒工作直径：2、辊筒工作长度：3、最大调节辊距：4、捏炼容量（一次加料量）：5、生产能力：6、前辊线速度：7、辊速速比：8、接触角：9、横压力：4 主要零部件设计开炼机的主要零部件包括：辊筒、机架、底座、调距装置、辊筒轴承、安全刹车装置和挡胶板等。各零部件在开炼机中都起着至关重要的作用，设计时要周全考虑，并满足相应的安全系数。其中安全系数最高的为机架，之后依次为辊筒、辊距调节螺杆、辊距调节螺母、安全垫片等。4.1 辊筒辊筒是开炼机工作时最主要的部分，也是其最重要的工作零部件，直接参与完成炼胶工作。辊筒的好坏能直接影响到所加工产品的质量，所以在开炼机性能参数中其影响也是不言而喻的。同时应该重视对辊筒的设计、制造以及使用，因为它也能在很大程度上直接影响企业的经济效益。一般用冷硬铸铁来作为辊筒的材料。冷硬铸铁的特点是表面强度大且内部韧性好，耐磨耐腐蚀，对于橡胶加工来说其导热性也也较好，同时制造简单且其造价相对其他材料来说也较低，因此冷硬铸铁对于开炼机辊筒来说是一种比较好的材料。开炼机冷硬铸铁辊筒可分为普通冷硬铸铁和合金冷硬铸铁两大类，本设计中主要采用合金冷硬铸铁开作为辊筒材料，且其表面要磨制成光滑面。其中辊筒的结构也分为两种，分别为中空结构和圆周钻孔结构。考虑到生产成本与适用场合，本设计主要采用中空结构的辊筒7。4.1.1 辊筒的技术要求辊筒的作用是对物料产生剪切力和挤压力，从而进行炼胶作业。同样辊筒表面一样会受到来自物料所产生摩擦、挤压、化学腐蚀、弯曲和热应力的相互作用；不仅如此还会受到传动系统输入的扭矩作用，其负荷较大且受力情况复杂。所以对辊筒的性能一般有以下要求：（1）其工作表面要有较高的耐腐蚀性、耐磨性，同时要求有较高的硬度以及抗剥落性，是为了避免在炼胶过程中胶料与配合剂产生的化学腐蚀影响辊筒的精度，同时避免切胶刀在切胶时对辊筒的破坏；（2）要有良好的导热性，并且内表面能够及时的传递热量，使物料能及时都得相应的加热及冷却；（3）为防止应力集中，辊筒的结构要合理；（4）辊筒精度要满足工艺要求，其直径误差为，表面光洁度为，且要保证辊筒只能有正偏差；（5）生产价格要低，且制造工艺不能太复杂。4.1.2 辊筒结构形状与各部分尺寸开炼机辊筒可分为三部分，其典型结构形状如图4-1所示。其中为工作部分，称为辊筒体；的支承部分称为辊颈；为传动部分。其中辊筒轴承与辊径相连，从而使辊筒在轴承中转动；传动部分与驱动齿轮连接；其辊筒内部的中空结构是为了能起到调整温度的作用。图41 辊筒形状与各部尺寸辊筒各部分尺寸能够按照经验公式来确定，一般通过直径就能得出其他尺寸。按照的设计要求，辊筒各部分尺寸大小依次为：辊筒工作长度为：；辊筒内径：；辊颈直径：；辊颈长度：；辊筒传动部分直径：；辊筒传动部分长度：。4.1.3 辊筒的受力分析开炼机的辊筒在物料加工的过程中的受力比较复杂，通常受到摩擦力，横压力，温度应力和驱动齿轮的作用力等。由于胶料横压力的作用，辊筒要承受弯曲应力，又因为胶料的摩擦力和轴承的摩擦力作用，此时辊筒要承受扭转应力，可见辊筒实际上是受有弯曲和扭转的复合应力。此外，辊筒的自重作用都必须给予考虑。辊筒工作时产生的内外温差而形成温度应力，同时辊筒在铸造时同样会形成内应力，这两个应力都在一定程度上影响辊筒的强度，但由于计算相对复杂，一般把它们放入到安全系数中进行考虑。辊筒在工作状态下的负荷如图4-2所示。图4-2 辊筒应力分析综合考虑受力情况，其他应力相对计算比较困难，本文主要对辊筒中的横压力进行了计算说明：根据第三章主要参数计算中横压力的相关公式，且横压力数值为。即根据公式（3.5）与（3.6）进行计算，其中，得：水平方向横压力；垂直方向横压力。4.1.4 辊筒的总体尺寸确定辊筒基本要求如下，及基本尺寸见图43所示。图4-3 辊筒基本尺寸（1）辊筒表面白口深度为，工作表面硬度，轴颈表面硬度；（2）辊筒灰口部分的抗拉强度不能低于，抗弯强度不能低于；（3）辊筒工作面上不能出现裂纹，且轴向不能出现铸造缺陷。其中砂眼孔的直径要控制在以下，且数量应控制在3个以下。同样在速比齿轮安装的位置上砂眼孔的直径要控制在以下且数量不超过3个；（4）辊筒外表面与内表面同轴度误差不得超过。4.2 齿轮在开炼机中，由于齿轮的寿命较低，通常利用齿面淬火来提高齿轮表面的硬度和强度，进而使其使用寿命得到提高。因为各开炼机规格不尽相同，其驱动齿轮参数也就不同，按照设计经验，可以从以下齿轮参数表4-1中来进行选择。表4-1 各开炼机驱动齿轮参数规格(毫米)（千万）（公斤毫米）360141669303584040014187440477874501422785565707表中：-圆柱直齿轮的模数；-驱动小齿轮的齿数；-驱动大齿轮的齿数； -电动机的功率；-减速器输出轴受的扭矩，驱动小齿轮安装在此轴上。本设计中传动系统为异步电动机通过圆柱齿轮减速器带动的单台传动的传动方式，驱动小齿轮位置如图4-4。其模数为，。图4-4 驱动小齿轮安装位置图4.2.1 模数的选择模数的选择要求是在保证足够弯曲强度的前提下，尽可能的缩小模数，同时增加齿数和来提高接触强度，下面依据现有参数对弯曲强度进行校核。弯曲强度的校核公式： 式（4.1）式中 小齿轮承受的弯曲应力,； 小齿轮传递的扭矩,； 载荷系数； 模数，； 小齿轮节圆直径，； 齿宽，； 小齿轮齿形系数； 小齿轮许用弯曲应力。大齿轮与小齿轮在齿数上有较大的差距，如果小齿轮的弯曲强度能满足要求，那么大齿轮的弯曲强度也就够用了，所以不再需要对大齿轮进行校核计算。开炼机小齿轮弯曲强度的校核如下： 式中：（已知电动机额定功率） （已知电动机额定转速） （已知减速器速比） （减速器传动效率) (查表取) （已知） （已知） （已知） （查表取）式中：（抗拉强度）所以，通过上述齿轮强度的校核，弯曲强度小于许用弯曲应力，即模数符合标准。4.2.2 小齿轮齿数的选择在齿轮速比与中心距一定的情况下，模数越大齿数就会越小，但是当小齿轮齿数小到一定数值时就会产生根切现象，如图4-5所示。产生根切现象的齿轮在工作时会影响传动的平稳性，同时使承载能力下降。因为齿根瘦弱,强度降低，会造成使用寿命缩短。图4-5 齿轮根切标准齿轮如图4-6所示。要避免根切现象的产生要使滚刀顶点在啮合线和基圆的切点以外，即；在点以内时，即就会产生根切。图4-6 标准齿轮即不根切的条件是： 式（4.2）式中： 刀具的上齿高系数。所以， 齿数的选取在满足上述条件时就不产生根切现象。开炼机的驱动齿轮的压力角，而实际上刀具的上齿高系数，代人上式得：即。从以上计算可以得出，小齿轮最小齿数，所以当时会产生根切现象，型开炼机在这方面还有一定的改进空间，但是出于成本与实际订单考虑，此时的参数设计已经能满足要求。若要保证彻底不产生根切现象，可改变其最小变位系数，推荐可用。4.3 辊筒轴承开炼机在工作时辊筒轴承需要承受很大的负荷，转动速度也很低，并且炼胶作业会产生较高的温度。因此，辊筒轴承需要满足承载能力强、高耐磨、使用寿命长且制造安装方便等特点。本设计中辊筒轴承主要采用圆柱滚子轴承的形式，其型号为FCJ5060180。圆柱滚子轴承具有结构简单、制造方便、制造成本低的特点。轴衬和轴承体组成轴承的本体。开炼机在炼胶的过程中，一部分的轴衬的内表面需要承载很大载荷量，而另一部分则没有任何负载，但是有一定的间隙。轴衬受负载的那部分工作情况较为复杂且会产生大量的热，此时润滑工作就成为不可缺失的一部分。为了避免在工作过程中轴承体由于辊筒产生的推力而掉出机架的情况发生，需要增加一个止推凸台，要求其位置靠近辊筒工作部分的轴承体上、下端。轴承体在加工过程中必须按照图纸要求严格进行加工，并且能正确的安装在机架上，同时前辊筒轴承能够配合调距装置在机架中进行合理的调距作业，而后辊筒则固定在机架之上。1轴承体 2轴衬图47 轴承结构4.4 调距装置辊距在开炼机加工过程中起着很重要的作用，对于不同的胶料加工需要随时改变辊距的大小来满足相应的工艺要求。此时，通常把一对调距装置安装在前辊两边的机架位置上，来起到调距的目的，调距范围一般在之间。为了避免速比齿轮因啮合不良而破坏，就要求辊距的大小不能过大。由第三章可知，开炼机的调距范围为。目前国产开炼机的调距装置多以手动式和电动式为主，只有少数采用液压调距方式8。综合考虑生产实际水平，选用手动调距为本次设计的调距装置。4.4.1 调距装置基本结构开炼机采用手动调距装置来进行调距，其结构主要由：手轮、导向键、压板、调距螺杆、调距螺母、蜗轮、蜗杆等附属装置而组成的。其结构见图48 所示。1指示针 2手轮 3衬套 4轴承 5蜗轮箱 6圆垫 7调距螺杆8调距螺母 9导向键 10调距蜗轮 11刻度盘 12压盖 13机座图4-8 调距装置结构4.4.2 调距装置工作原理通过摇动手轮能带动蜗杆蜗轮转动，其中蜗轮与导向键通过平键配合在一起，又通过螺钉使导向键与调距螺杆相连接，此时这三个零件就形成了一套完整的调距装置。其动作原理是，当蜗轮转动的时候，使得平键运动，其中调距螺杆与螺母的啮合是固定在机架上的，所以蜗杆水平方向的移动是由于蜗轮转动而引起的，从而能达到调距的目的9。其中螺杆和螺母采用单头螺纹的形式，其中螺纹工作圈数一般要小于10圈，这是为了使啮合螺纹各圈受力均匀，这样的设计能够可提高耐磨性的同时还能保证精度。为了达到反向自锁以及能够保证工作的可靠性，要使得螺旋升角小于摩擦角。4.4.3 调距装置基本部件尺寸确定（1）调距螺杆：调距装置的执行部件，能直接对辊距进行调节。所以，对其强度有很高的要求。调距螺杆的材料为45钢，为满足其精度要求，加工时要进行必要的时效处理并进行打磨，基本尺寸如图4-9所示。图4-9 调距螺杆（2）调距螺母：主要是辅助调距螺杆运动，从而来调节辊距。其材料为，同样加工时要对螺纹进行调质处理和时效处理并进行打磨，其基本尺寸见图410所示。图4-10 调距螺母（3）蜗轮：调距装置的传动部件，同时连接调距螺杆和蜗杆，蜗轮驱动蜗杆移动从而使调距螺杆转动。其材料为铸铁，同样在加工时齿面要进行调质处理和时效处理，其基本尺寸见图411 所示。图4-11 蜗轮4.5 机架机架在开炼机中主要起到支承的作用，为了承受全部的作用力，其中包含横压力、负载以及动力冲击等，即要求其要有足够的强度；为了保证各零部件安装位置的准确性，要求其要有足够的刚度，使受力时弯曲变形不超过许可值。4.5.1 开炼机机架的联系与结构本设计中机架采用开式，由立臂、上横梁和下横梁组成，其中立臂和下横梁是一整体，为了拆装和维修的方便，要求上横梁是活动的。其中开式机架的商务构造与外形又可以分为直式和凹式两种形式，同时又有实心和空心之分。通过分析对比不难发现，直式空心机架制造工艺方便，但耗材较大；凹式空心机架铸造流程就比较麻烦，且需要的周期比较长。所以本设计中采用直式实心机架，基本结构如图4-12所示。1上横梁 2下横梁 3立臂图4-12 机架结构4.5.2 开炼机机架材料、基本尺寸设计机架需要承受巨大的强度，故选用的材料为，为了消除铸造缺陷对强度的影响，同时保证其具有相应的硬度，在完成铸造之后必须要对机架进行相应的去应力退火处理来达到工艺要求。且在铸造时要尽可能的消除铸造中的缺陷形式，以保证强度和硬度。机架每台两件，左右对称各一件，以尺寸中心线对称制造。机架加工时要成对加工是为了保证对称，从而使基准面与后靠面尺寸及位置公差满足设计要求。除注明外，左、右机架在长、宽上均应分中制作。其基本尺寸见图413所示。调距装置安装在开炼机的机架右面上，所以在设计机架右面时其尺寸应于调距装置的尺寸相适应，在两者的结合面处要进行工艺的配合处理。在图示中机架右边局部剖的部分就是按照调距装置的尺寸进行设计的，这样的设计安排是为了保证调距装置与机架装配时能够实现成套装配。图4-13 机架基本尺寸4.6 其他组成零部件开炼机的基本零部件除了以上介绍的以外，还应包括万向联轴器、横梁、挡胶板安装座、安全制动装置、辊温调节装置、冷却润滑装置等，一起组成一台能满足基本加工要求的开炼机。其中本次设计的开炼机，在电机与减速器之间安装有普通联轴器进行连接，在减速器与速比齿轮之间采用十字滑块联轴器连接；横梁部分参照机架进行设计；安全制动装置安装在在必要的传动装置外围作为保护罩，制动部分则通过电机能耗制动和电机反转使机器紧急停止；辊温调节装置和冷却润滑装置参照通用开炼机形式进行相应的选型安装就能满足要求。5 电气控制部分设计本机器的驱动功率为，电气控制由控制柜和机器上的电气设备构成，控制柜用按钮控制，以信号灯表示工作状态。驱动电机采用Y-方式起动，同时设有紧急停车装置，当机器发生故障时，电柜中的制动电路将反接，可使机器立即停转，确保操作人员及设备的安全。5.1 电气装置使用说明本电气控制中使用了接触器，按钮，信号灯，行程开关，中间继电器，时间继电器等，以达到开车、停车、紧急停车、点动反转四种控制效果，电路图如图5-1和图5-2所示。1、开车：将QF开关合上，电源接通，电源信号灯HL1亮，按起动按钮SB3，接触器KM3得电，KM1得电，并自锁闭合，电动机以Y型接线方式降压起动，KT1延时动作，接触器KM2闭合，电动机改成接线方式正常运转，主机工作信号HL2亮，主机起动时间可在0-4s内调节。2、停车；按SB1按钮，主机停转，HL2熄灭。3、紧急停车：拉动安全拉杆，使行程开关S1或S2动作，切断电动机控制回路，同时KA、KM3、KM4得电，电动机反转接通实现制动，同时HL3指示灯亮，放开拉杆，S1、S2及中间继电器KA复位，制动结算部。4、点动反转：当整机停转后，按SB2按钮（反转按钮），则KA得电，同时KM3、KM4得电，电机呈Y型起动反转。注意，点动反转只能在电机失电后起动，一般等电机停转后工作。图5-1 主电路部分图5-2 控制电路部分5.2 电气装置的安装与维护在该控制电路中电气装置的安装和维护应该满足以下要求：1、电气控制柜必须放置平稳，所在位置应不妨碍打开柜门，且应留有维修人员所必须的空间。2、带电体与非带电体之间应保持相当的绝缘距离。3、机器电气装置的适宜处或规定处，必须装有可靠的接地保护。4、在试车前应检查各个接线端头有无松动现象，各个电气有无卡死现象，外部接线是否正确，检查无误后方可试车。5、要定期保养，清除灰尘，保持清洁，检查机器上各个接线有无松动现象，及时发现隐患，减少设备故障。6、控制柜接触如果有噪音，只要清除铁心吻合面上的油污灰尘，即可排除。总结开放式炼胶机是橡胶加工时最基本的设备之一，尽管如今更多的橡胶机械能完成开炼机的工作，但对于一些橡胶加工的基础工作而言开炼机仍然占据中它的一席之地，我国开炼机与国外开炼机在加工精度与工艺要求上还有很大的差距，其操作形式与一些附属装置方面也存在一定的差距，国外开炼机在橡胶机械市场中有了一定的稳固地位，我国凭借现在的技术水平生产出来的开炼机只能以价格便宜的优势而取胜，在品质方面还有更多的发展潜力，这需要我们不断的总结国外的长处，对现有国产开炼机进行改造和创新。主要研究工作可归纳为以下几个方面：1、开炼机的工作原理开炼机工作时两辊筒以不同的线速度转动，当橡胶料被加入到辊筒上时，通过摩擦力和粘附力同时作用使胶料被拉入辊距之中，此时胶料受到辊筒的强烈剪切和挤压，能使橡胶的高分子材料分子链的氧化裂解，进而能使被加工材料得到塑化。同时在机械运转过程中强大的剪切应力也能够使得物料均匀的分散开来，来完成胶料加工的目的。加工时物料的料片能够从辊隙中排出，通过两辊筒间表面速度和温度的不同而使之能包裹在一个辊筒之上，进而物料能够再一次的重新返回于两个辊筒之间，经过这样多次的往返重复的滚压，就能够达到炼胶的目的。2、总体方案设计本设计中采用三级圆柱齿轮减速器作为减速装置，同时驱动电机为Y250M-6型鼠笼式转子封闭自扇冷式异步电机其额定功率为，转速为。3、开炼机主要性能参数确定开炼机主要性能参数的确定极大程度决定着其工艺范围与加工精度，各项能力受其性能参数直接影响，良好的性能参数更具竞争力，它能决定开炼机的基本属性从而影响各零部件的设计工作，所以主要性能参数是至关重要的。通过设计计算确定以下性能参数：辊筒工作直径：；辊筒工作长度：；最大调节辊距：；捏炼容量（一次加料量）：；生产能力：；前辊线速度：；辊速速比：；接触角：；横压力：。4、主要零部件设计主要包括辊筒、机架、底座、调距装置、辊筒轴承、安全刹车装置和挡胶板等的设计，它们是组成开炼机的主要零部件，开炼机正常的使用离不开这些零部件，所以它们的尺寸大小与强度校核对于开炼机来说也是十分重要的，往往一个零部件的好坏就能决定整个机床的性能。5、电气控制部分设计本电气控制部分主要通过电气柜控制，其中使用了接触器，按钮，信号灯，行程开关，中间继电器等，以达到开车、停车、紧急停车、点动反转四种控制效果；同时对电气装置的安装和维护进行了简单说明。由于设计时间较短，本设计中仍然存在许多问题，对于一些比较尖锐的问题都没有作出相应解决，有待进一步的研究改进。通过对比国内外开炼机的形式，也可以发现很多差距，同时也有很
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