高精度挤出橡胶自动称重与分剪一体设计-文献综述

PAGE学院本科生毕业设计（论文）文献综述题目高精度挤出橡胶自动称重与分剪一体姓名：学号：系别：专业年级：指导教师：（签名）2019年03月03日PAGE5摘要阐述了高精度挤出橡胶机器的分类和特点，分析了其技术现状，对橡胶挤出机传动、驱动方面的发展进行了简要的描述，结合我国机床橡胶挤出机的发展状况，对橡胶挤出机进行展望。关键词挤出橡胶机传动发展背景发展状况和趋势一、橡胶挤出机的主要特点挤出机作为挤出成型生产的核心机械设备，在橡胶工业中应用已有一百多年的历史了，它在橡胶工业中得到了广泛的应用。自二十世纪四十年代至今，橡胶挤出机得到了很大的发展。随着全球贸易活动在世界范围内迅速扩展，国内外对橡胶制品的需求量越来越大，高质量的橡胶产品成为生产的第一目标[5]。从挤出过程来看，这是一个复杂、非线性以及耦合性强的多变量过程。影响稳定挤出与最终产品质量的因素很多，主要决定于胶种、配方、工艺条件和半成品规格等各个方面。在众多的影响因素中熔体的温度和压力是最为关键的两个工艺参数。在胶料的挤出过程当中，胶料温度的控制是橡胶加工中最重要的条件，有人甚至把温度精确控制称为橡胶加工的生命线，冷喂料挤出过程中胶料温度的控制尤为重要。温度过低则无法成型或者挤出制品的物理性能和表观质量差，温度过高则容易降解甚至焦烧，因此必须对挤出过程的温度予以控制[6]。在实际生产过程中，影响温度的因素比较多，包括：静液压功率、模头阻力、电加热器功率、聚合物导热性能、室温、冷却水温度及信号噪音等[7]。压力也是一个重要的工艺参数，对于挤出机的产量有着决定性的影响。机头压力越高，挤出产量越大。而机头压力的大小受固体输送效率、熔融历程以及机筒温度等众多因素的影响，因此比较容易波动。二、挤出的基本原理广义地说挤出理论就是胶料在螺杆和口型中运动和变化的规律。对螺杆来说，有加料段的固体输送理论、压缩段的熔融理论(相迁移理论)和挤出段(计量段)的流体(熔体)输送理论。挤出成型是在一定条件下将具有一定塑性的胶料通过一个口型连续挤送出来，使它成为具有一定断面形状的产品的工艺过程。它主要是靠胶料在螺杆和机筒间的流动、胶料在机头中的流动和胶料在口型中的流动来完成。当胶料从加料口进入机筒后，在转动螺杆的夹带和推挤作用下向前运动，最后胶料在机头处被挤压得很紧密，并在一定的压力下使胶料连续通过口型而获得所要求形状的半成品。在胶料沿螺杆前移过程中，由于机械作用及热作用的结果，胶料的黏度和塑性等均发生了一定的变化，成为一种黏性流体。根据胶料在挤出中的变化，一般将螺杆工作部分按其作用大体上分为喂料段、压缩段和挤出段三个工段。(1)、喂料段喂料段又称固体输送段。此段用于加热胶料，并输送胶料到压缩段。从喂料口供给的条状胶料，在旋转螺杆推挤作用下，胶料在螺杆螺纹槽和机筒内壁之间形成相对运动，胶料在喂料口处连续地形成一个个胶团，这些胶团边旋转边向前运动。(2)、压缩段压缩段又称相迁移段。此段从胶料开始熔融起至全部胶料产生流动止。压缩段接受由喂料段送来的胶团，将其压实、进一步软化，并将胶料中夹带的空气向喂料段排出。胶料进入压缩段后，胶团被逐渐压缩，密度增大，进而胶团互相黏在一起，在螺杆和机筒的作用下胶料被剪切和搅拌，使胶料进一步塑化。胶料从部分熔融至全部熔融直至充满整个螺纹槽，逐渐形成流动状态。(3)、挤出段挤出段又称计量段。此段把压缩段送来的胶料进一步加压搅拌，此时胶料在螺纹槽中已形成完全流动状态。由于螺杆的转动促使胶料的流动，并以一定的容量和压力从机头流道与口型中均匀挤出[9]。三、国内外挤出机的发展历史及现状橡胶挤出机自1870年出现以来，经过一百多年的发展，主要经历了几个重要发展阶段：热喂料挤出机、普通冷喂料挤出机、主副螺纹冷喂料机、销钉冷喂料挤出机。热喂料挤出机由于其具有结构简单、生产效率高、制造容易以及能够连续化作业等优点，直到19世纪80年代一直在橡胶工业中获得广泛的应用，并成为橡胶工业的重要设备。但是，热喂料挤出机需一整套庞大的预热供胶系统，工艺过程复杂，占地面积大，电能消耗多，劳动力浪费。而且热喂料挤出机螺杆长径比很小，很难建立起机头压力，导致挤出半成品质地疏松，直接影响橡胶成品的质量。为了克服热喂料挤出机存在的问题，德国在20世纪40年代初期发明了冷喂料挤出机，这种挤出机是在原有热喂料挤出机基础上加大螺杆的长径比，把挤出机机外胶料热炼供胶功能集成到机内的热炼功能并提高了挤出机的机头压力，使挤出半成品质地均匀，提高了产品的质量。然而，早期的冷喂料挤出机的螺杆构型比较简单，其剪切、混合功能比较差；加之但是疏忽了冷喂料挤出机各区段恒温加热的重要性，导致挤出胶料塑化达不到要求。因此，这种普通型冷喂料挤出机在橡胶工业迟迟得不到推广，其用途也只局限在电缆的覆胶。经过20多年的发展，在20世纪60年代初期工业化国家出现了主副螺纹强力剪切螺杆，也相应出现了主副螺纹冷喂料挤出机。这种冷喂料挤出机的出现，显著地提高了挤出机的剪切功能和混合功能，同时能建立起更高的机头压力，突破了冷喂料挤出机一直没有解决的塑化能力问题。在这段期间，冷喂料挤出机开始得到较迅速的发展。在20世纪70年代末期80年代初期，工业化国家又推出了销钉机筒冷喂料挤出机[10]。这种挤出机的主要特点是不但在螺杆的结构上有较大的改进，而且由于在机筒上增加了销钉，使其对胶料的塑化性能、挤出制品的致密性、挤出量都有很大的提高，并且排胶温度较低，可满足多种生产工艺的挤出要求，同时由于改进了螺杆结构，使其驱动功率下降，单位能耗明显降低。当它一出现时就得到橡胶工业的积极响应，在几年之间就得到了普遍推广，发展十分迅速。与此同时，与其相匹配的挤出联动线也得到异常迅速的发展，如复合胎面挤出联动线等等。还有其配套的附属装置，如：热水循环温控装置、机头测压装置，以及喂料供胶装置等也得到迅速发展。这是冷喂料挤出机发展的一个辉煌时期[11]。我国橡胶挤出机发展相对较晚。从20世纪50年代起，我国一些橡胶机械生产厂家相继开发出了热喂料挤出机，并广泛应用于轮胎、胶管、塑料等行业。我国对销钉冷喂料挤出技术的开发始于1984年，至今已有二十多年的历史。该技术在历经对螺纹结构、螺纹参数、销钉配置方式与数量、温控及喂料方式等方面的不断改进和完善后，终于被国际认可。目前，销钉式冷喂料挤出机已成为挤出机市场的主导产品。由于目前在斜交轮胎和子午线轮胎的生产中，胎面、胎侧及三角胶等部件的生产，大都采用胶料复合挤出技术，因此，国内外二复合、三复合或四复合销钉式冷喂料挤出机也就应运而生。我国的复合挤出技术已日趋成熟，复合挤出机的设计制造水平达到了国际先进水平，不仅能提供各种组合形式的复合挤出机，还能向国外著名的轮胎公司出口。然而，目前在我国橡胶工业生产企业中，热喂料挤出机仍占有很大的比例。据不完全统计，使用开炼机供胶的热喂料挤出生产工艺在国内占70％左右，我国很多老的橡胶生产企业使用的是20世纪50年代的挤出设备，工艺和设备落后。有些企业认为老的挤出设备有其一定的优势，如开炼机炼胶分散性好，可操作性好，操作人员熟练等，但销钉式冷喂料挤出机的优势大于热喂料挤出机。销钉式冷喂料挤出机代表了橡胶挤出机的发展方向，具有很大的发展潜力。由此可见，我国橡胶生产企业中挤出工艺的技术改造，进一步推广使用销钉式冷喂料挤出机还有很大的空间[13]。结论在机电—体化技术迅速发展的今天，高精度橡胶挤出机已全部实现了自动化。新一代全自动化生产系统，生产工艺从送料送达开始，只要进入生产线，任意环节都实现无人化操作、无人化管理，使成品完成定量称量、热封、输送、金属检测、差量分检、分剪及移放等。该包装生产过程控制采用PLC系统，该控制系统的核心是包装线定量秤的称量系统，它也是整体生产线的技术核心，是高精度橡胶挤出机品质好坏的关键。为了提高橡胶行业劳动生产率，保证产品质量稳定，解决工作环境污染，解除配料工作人员繁重的体力劳动，它是一种机电一体化设备。以往配料大部分由人工进行，人为因素对产品质量的稳定性影响较大。但这类设备生产的关键是自动称重系统，国内外正在运行的各种配料机组，称重精度不高，效率偏低，维修量大，对物料要求严格，不适合我国的现状，针对我国的实际情况研制的“高精度挤出橡胶自动称重与分剪一体”，具有适应性强，效率高，称量精度高，占地面积小，对物料特性要求不严等特点。采用振动、皮带、滴式多种给料方式，保证了物料有很好的流动性，采用单物料除尘，既解决了环境污染，又保证了物料的回收，回收的物料可再利用，减少了经济损失，无三废排放。参考文献1．庄继德．现代汽车轮胎技术[M]，北京：北京理工大学出版社，2001，1—3．2．YangX，OlatunbosunOA．Optimizationofreinforcementturn-upeffectontyredurabilityandoperatingcharacteristicsforracingtyredesign[J]，MaterialsandDesign，2012，35：798．809．3．李汉堂．轮胎技术的发展趋势叨，橡胶技术与装备，2006，32(11)：13—20．4．Wada．Developmentoffossilresource-freetyre[J]，Internationalpolymerscienceandtechnology,2012，39(11)，50—54．5．刘肖然．挤出机的发展与应用[J]，设备与工艺，1996，5(3)：30—35．6．张沛，陈家庆，王新峰．橡胶冷喂料挤出机温控系统设计计算探讨[J]，橡胶工业，2001，48(12)：731—734．7．吴佳，翁正新．基于PLC的模糊控制在挤出机温度控制系统中的应用明，电线电缆，2010，(5)：33—35．8．李晓林．单螺杆精密挤出机机理的研究[D]，北京：北京化工大学，2003．9．张馨，游长江．橡胶压延与挤出[M]，北京：化学工业出版社，2013，146-150．10．袁京鹏，高明健，吕柏源．橡胶挤出设备的技术进步和发展川，橡胶技术与装备，2006，32(2)：11-15．11．韩富城．我国橡胶挤出机发展概况[J]，橡胶技术与装备，2004，30(4)：19-21．12．何敏．橡胶挤出机的发展现状及趋势阴，现代橡胶技术，2006，32(6)：36-42．13．彭庆红．挤出机温度控制系统中PID控制器的应用[J]，计算机应用，2010，15(1)：73．75．14．杨艳娟，蔡军．塑料挤出成型过程中熔体温度测量和控制[J]，塑料工