第三章开炼机

第三章开炼机第一节概述第二节基本结构第三节主要性能参数与工作原理汽车与机械工程学院材料成型与控制工程系第一节概述使用最早、结构较为简单、最基本的加工设备开炼机主要用于橡胶、塑料和树脂的塑炼、混炼、热炼、压片和对压延机及挤出机热炼供料等，也可用于再生胶生产过程的破胶和精炼。表示方式：辊筒工作部分的直径×长度，例如f550mm×1500mm第二节基本结构包括辊筒、辊筒轴承、机架和横梁、机座等主要零部件及传动装置、调距装置、安全制动装置、辊温调节装置、润滑装置等。整体结构与传动装置（图3-1，略）传动装置包括：电动机、减速机、大驱动齿轮、小驱动齿轮和速比齿轮等。目前主要有三种不同类型的开炼机：标准式开炼机，整体式开炼机，双电机传动开炼机主要零部件（一）辊筒主要工作部件，要有足够的强度与刚度，导热性好，工作面耐磨，硬度高（肖氏硬度最低65~70）。一般采用冷硬法铸铁制造。根据不同要求，辊筒表面构型也不一样。例如用于塑炼、混炼、压片和供胶的辊筒表面是光滑的。用于热炼、破胶、洗胶的辊筒表面设有沟纹。等等。

辊温调节装置在辊筒内腔设有加热冷却装置，用通入蒸汽或冷却水来调节辊温。主要有开式和闭式两种。开式闭式不同辊筒水冷H型旋转接头冷却辊压延机辊压延辊与开炼机辊非常相似，但要求更加精密。其表面粗糙度要达到0.4~0.8mm。而辊温控制更为严格。一般采用冷硬铸铁或铸钢。压延辊有两种结构：中空辊筒、钻孔辊筒。中空辊筒一般采用密闭式控温结构，采用水或者蒸汽通过辊腔内小管进行热交换。这种辊筒的表面温度分布不均匀，中间温度要比两端高7~8℃。可以在辊筒两端设置高频交流电磁板辅助加热。现代压延机一般用钻孔辊筒，它是在辊筒的表面冷硬层内钻有一系列相互平行的纵向孔，通过纵向孔进行加热或冷却。钻孔辊筒比中空辊筒具有下列优点：转热面积约为中空辊筒的两倍辊筒传热快，易于调温，传热距离小，传热效率高钻孔辊筒中央部位与两端厚度一致，辊筒表面温度均匀钻孔辊筒在保证辊筒温度要求条件下，辊筒断面尺寸可增大（或缩小），且整个工作部分均匀一致，使辊筒的刚性大大提高。因而减轻辊筒弯曲，提高产品质量。缺点：钻孔辊筒的制造技术较高，生产时需要专用钻孔设备。（二）辊筒轴承一般为滑动轴承，大型开炼机也有用滚动轴承。滑动轴承的轴承体用铸铁制造，而轴衬要求耐磨损，承载能力强使用寿命长，制造和安装方便，一般采用ZQSn8~12制造。（三）调距装置调距范围在0.1~15mm之间；辊距过大，速比齿轮会因啮合过小而断齿。调距装置的结构形式分为手动、电动和液压传动三种。目前多以前两种为主。前两种操作方便，但劳动强度大；后者结构简单，但不能自动退回，操作可靠性差。手动调距装置如下图3-6所示。（四）安全制动装置由于手工操作多，工作负荷大，操作不当容易发生人身及机械事故，所以需要安全和制动装置。安全装置由辊筒轴承前端的安全垫片起作用。当负荷超过安全垫片剪切强度极限时，安全垫片即被剪断，前辊筒即向调整螺杆方向移动，使辊距增大而避免开炼机破坏。当拉下安全拉杆时，带动行程开关动作，并导致另外两个动作：切断主电机电源和接通制动器的电源。制动装置是使开炼机克服电动机的惯性转动而迅速制动。一般采用电磁控制制动。（五）翻积胶装置使胶料翻转，便于胶料进一步混炼均匀挡胶器第三节主要性能参数与工作原理一、辊速、速比和速度梯度f为速比；v1，v2分别为后辊筒与前辊筒的线速度，m/min不同用途的开炼机，速比要求不一样：由于前后辊速度不同，物料在辊距中产生速度梯度。速度梯度(min-1)=V1-V2e=V2e(f-1)二、接触角与横压力积胶量：集聚在辊筒间的物料含量。积胶量通过接触角来计算。接触角：辊筒断面中心线的水平线和物料在辊筒上接触点O与辊筒断面圆心连线的交角，以a表示。辊筒受力横压力：物料在辊距间对辊筒作用的径向压力称为横压力。横压力的合力是作用于接近辊距最小处，与水平轴线的夹角为5~10°。影响横压力的因素：物料愈硬，横压力愈大；物料温度愈低，横压力愈大轴距减小，横压力增加影响辊距横压力的因素三、工作原理这里，F是正压力的反作用力，m是物料与辊筒的摩擦力f是物料与辊筒的摩擦角，其中a是接触角。只有当摩擦角大于接触角时，物料才能进入辊距中。物料的可塑度大，温度高，摩擦角就大。一般摩擦角为38~50°物料在辊距中的受力分布物料在滚隙中得到强烈的挤压和剪切。挤压作用是由于物料通过逐渐缩小的辊筒间距而产生，随着横压力的增大而挤压力增大；剪切作用是由于前、后辊筒有速比而产生，速比较大，切应力越大。四、容量与生产能力容量是指开炼机一次塑炼、混炼装料量。容量需要根据物料包裹前辊筒后，并在两辊筒间有一定数量的堆积料来确定。生产能力是单位时间内开炼机的作业产量，以kg/h表示。q，一次装料容量，L；D，辊筒直径，cm；L，辊筒工作部分长度，cm；K，经验系数，一般取0.0065~0.0085，L/cm2Q，生产能力，kg/h；r，物料的密度，kg/L；t，一次塑炼、混炼时间，min；a，设备利用系数，一般0.85~0.9五、塑炼、混炼过程中的功率变化规律功率与辊速、辊距关系功率测定记录密炼机另一种重要塑炼、混炼设备。密炼机的结构：密炼室和转子、加料与压料装置、卸料装置、传动装置、机座等部分组成。特点：剪切作用强烈，塑炼效率高；不与空气接触，不易氧化分解；同时也不易排除挥发份；机械化程度高，工作安全。物料首先从加料口进入密炼室，随之压下上顶栓，物料在一定压力和进入密炼室，转子，上下顶栓的蒸汽加热下，受到剪切、捏合、很快达到均匀混合、塑化，最后开启卸料门将混炼好的物料排出。转子与密炼室结构转子要求耐磨、耐腐蚀，传热性好，一般采用45号钢，在工作表面堆焊或者喷涂2~3mm厚的耐磨硬质合金。椭圆形转子按其螺旋突棱的数目，可分为双突棱转子和四突棱转子Pr为圆周力Pt为切向力T为摩擦力a为转子突棱的螺旋角j为物料与转子金属表面的摩擦角只有切向力大于摩擦力时，物料才能作轴向移动由于j=37~38°，根据分析，在转子长轴旋段，物料仅产生圆周运动，起着送料作用及滚压揉搓作用在转子短螺旋段，物料产生轴向移动，物料产生往返切割作用。椭圆形转子的工作原理密炼机工作时，物料在密炼室中主要受到几个方面的作用：①转子椭圆形外表面与密炼室壁之间的剪切、搅拌和挤压作用端面为椭圆形的转子与密炼室壁之间的任意位置上都形成一个连续变化的间隙，物料通过该间隙时便受到强烈的挤压和搅拌作用。转子表面上各点的线速度不同，转子与密炼室壁之间的任意位置上都形成较大的速度梯度且呈连续变化，使物料受到强烈的剪切作用。转子突棱与密炼室壁所形成的咬角较小，便于物料通过。②两转子之间的捏合、撕拉作用两转子转速不同，转子表面上各点与转子轴线的距离不等，转子表面的线速度之比不断变化，物料在两转子之间受到较好的捏合、撕拉作用。③转子的轴向翻捣、捏炼作用转子表面有两个方向相反、长度不等的螺旋凸棱，一般长凸棱的螺旋角为30度，短凸棱的为45度，而物料与金属转子之间的摩擦角大都小于30度，故物料在转子凸棱的作用下沿转子轴线向两边移动两个转子的长螺旋凸棱和短螺旋凸棱是相对安装的，短凸棱所生产的推力较大，从而使得物料在两转子之间沿轴线来回地翻捣、折卷、交叉，得到强烈的混炼圆筒形转子密炼机的工作原理两个相互啮合的转子本体呈圆筒形状，有一条大的螺旋突棱和两条小的突棱，两转子以同速作相向运动。旋转