塑料压延流程密炼机结构设计

自发明之日就大受欢迎。伴随着经济的快速发展以及加工工艺的进步和技术的突破，塑料制品逐渐代替传统生活用品，成为人们日常生活中的重要必需品。塑料已和钢材、水泥、塑料压延机及其联动辅机组成塑料压延机生产线，是塑料制品生产过程中的基本设备之一，属于大型高精度设备。压延机应用于塑料加工已有一百多年的历史，期间经过了不传统的软聚氯乙烯制品发展到硬片材及/塑料合金膜片和丙烯酸酯片。随着制品加工工艺的发展、品种的扩延及制品质量要求的提高，塑料压延机生产线的研制进入了一个高速发展的时期。同时，由于在环保、节能、安全等方面的要求不断提高，塑料压延机在品种、提高质量、节能降耗以及自动控制等方面又取得了很大进步，不断向着大型化、高精度、在19世纪初期开始，胶料的塑炼和混炼主要靠开炼机来实现.由于开炼机混炼胶料存在质量差、效率低、劳动强度及工作环境恶劣等一系列问题。而混炼胶料质量的好坏直接影响着橡胶制品的质量和性能，随着社会的发展，人们对塑料产品质量的需求越来越高，为了满足橡胶制品行业对新胶料和新配方的混炼要求。压延机生产厂家不断地开发和研究出各种新系列炼胶机，密炼机应运而生，在不断的发展与改进中，其结构更具科学性，更适合于自动化操作。密炼机与开炼机相比有以下的优点：混炼时间短，生产效率高，操作容易，较好地克服粉尘飞扬，减少配合剂的损失，改善劳动条件，减轻劳动强度等。密炼 错误!未定义书签。 1.1.2半硬制PVC透明片 21.1.3不透明PVC硬片 2 2 4 4 4 62.1密炼机的发展 6 62.2.1用途 62.3密炼机存在的不足 9 3.1.2主体部分 3.1.3卸料(落门)装置 3.1.4传动装置 3.1.5润滑系统 3.1.7电控系统 3.1.8液压系统 4.1.1转子的结构设计 4.1.2转子的转速 4.1.3转子速比 4.1.4转子承受的作用力 4.2.1密炼室强度计算 4.2.2密炼室壁厚计算 4.2.3密炼室装料容量 4.3卸料机构结构设计 4.3.1受力分析与计算 4.3.3锁紧装置的计算 4.3.4旋转油缸的计算 4.5.1中空喷淋冷却 4.5.2强制冷却型 5.2电气控制系统 参考文献 目前，世界上热塑性塑料制品的产量达到塑料制口总产量的80%,压延成型是热塑性通过几个相对旋转或相向旋转着的平行辊筒之间的辊隙，使其受到挤压和延展作用，得到表面光滑的薄片状连续制品，调节最后一道辊筒间隙以控制制品的厚度，然后通过引离辊把制品从压延机上剥离下来，再经冷却定型即为成品。压延成型与挤出成型、注射1.1压延制品的分类及应用常用于蔬菜的保温大棚(需经过拉宽机双向拉伸)以及为防止肥料和水土流失的大田泥下袋、胶粘带、食品吸塑包装、充气塑料玩具等。1.1.2半硬制PVC透明片压延成型的半硬质PVC透明片大多用于各种服饰和玩具内外包装材料。压延成型的不透明PVC薄片可以用作书本封套的硬衬以及作为建筑装饰材料。把ABS同PVC共混进行压延得到的硬质片材冲击强度较高，可以直接用作为皮箱外壳、黄油包装盒、托盘、汽车或汽艇部件壳体。氯化聚乙烯改性的压延硬直片材可以用作屋顶建筑材科。1.1.4PVC人造革用压延法生产的PVC人造革物理及力学性能好，可以用作旅行袋、手提包、皮箱、皮感和柔软程度可与真皮相媲美，根据后续压花纹路的不同，做成各种汽车不同位置的内饰材料。1.2压延制品的设备流程压延机整厂设备流程包含：计量系统、混合机、冷拌机、密炼机(亦称万马力机)或行星挤出机、开炼机(亦称轧轮机)、过滤机、压延机主机(胶布机)、压延机辅机、卷取机等，依生产不同的产品可作不同的搭配。塑料压延加工成型最主要的对象是聚氯乙烯，无论是软质薄膜还是硬片，大都是通过如下工艺流程进行生产的：计量系统一混炼一塑化一过滤一压延一剥离拉伸一冷却一收卷一称重。如图1-1图1-1压延整厂设备20流程图图1-1压延整厂设备20流程图对1.3压延制品的生产过程然后转入低速冷混合机使物料从100℃左右冷却到60℃以下。塑化后的熔融物料通过传递装置均匀地给压延机供料。塑化方式不同供料方式也不辊距离最后一个压延辊75到150mm,中空通流体加热防止冷拉和增塑剂等挥发性物质凝结图1-2压延设备成品段流程图第2章密炼机综述密炼机全称叫做“密闭式炼胶机”,英文名称“InternalMixer”,是在开炼机的基础2.1密炼机的发展伯里)型密炼机在1916年最早是由西德W&P公司的一名商业工程师(英国人)根据该公2.2密炼机的用途和工作原理的叶片(通常呈Z形)所产生强烈剪切作用而使半干状态的或胶状粘稠塑料材料能使物料2.2.2工作原理图2-1密炼机主机3D结构图A部放大A部放大转子卸料门A2.3密炼机存在的不足(4)活动件各处密封效果不好。第3章密炼机总体设计密炼机大都由密炼室底座、密炼室、卸料(落门)装置、加压装置、减速齿轮、主马字万向联轴器)入力。附属设备有润滑系统与油压组。如图3-1、图3-2和图3-3图3-1密炼机整机3D结构图图3-2密炼机整机实物图图图3-3密炼机整机2D结构图第壹入成成13源名3.1密炼机主要部件结构特征及的作用工艺。如图3-4所示事日8A变1L0-4)111D111即000%1|1图3-4密炼机上部组合2D结构图图3-5密炼机主体部2D结构图3.1.3卸料(落门)装置示14w-K抽就9F图3-6卸料(落门)装置2D结构图图3-7传动装置装置2D结构图提供润滑。如图3-8所示名称规格图3-8润滑系统图重锤对物料加压。如图3-9所示□二口二位电2outlet□二口二位电2outletZ-stationsalencidwalve反五口三位电磁阅5cutlet3-stationsclenoidvalve1/2'塞闼bollyolve五□二位电硅网5cutiet2-stationsolenoidvalves图3-9气压系统原理图主要由控制箱，操作机台和各种电气仪表组成，它是整个机台的操作中心。有泄载调压阀、减压阀、电磁方向阀、速度控制阀、压力开关、蓄能器、止漏铜环压紧油缸等组成。作用：向每个转动部位，注入润滑油，以致减少运动部件之间的摩擦，延第4章密炼机结构设计4.1转子结构设计目前塑料行业普遍采用的是椭圆形二棱转子，但塑化效果并不好。如图4-1、图4-2所示图4-1转子3D外形图图4-2转子外形示意图4.1.1转子的结构设计转子突棱有转子工作部分的两端呈螺旋形向中心前进，一左旋，一右旋，互不相干；一长一短，互不相连。转子结构特征的主要特征参数主要由转子工作部分回转直径及长度、突棱的长度、突棱的螺旋角、突棱顶的宽度等。转子各部分尺寸是根据转子工作部分回转直径来确定的。如表4-1所示表4-1转子各部分主要尺寸关系最大回转直径DD工作部分长度L短螺旋轴向长度长螺旋轴向长度螺旋棱部分壁厚S转子轴径d传动端直径内孔直径当转子工作部分回转直径D确定后，可根据表4—1算出各部分的主要尺寸。图4-3转子工作部分设计原理图4.1.2转子的转速转子的转速是密炼机主要性能指标之一，它直接影响密炼机的生产能力、功率小消耗、是求得：U:转子外圆回转线速度，m/s;H:转子棱顶与密炼室内壁间隙，m。D:转子外圆直径，m;N:转子转速，pr/s。对于某一台密炼机来说，h是个常数，剪切速率的大小，仅有转子的转速而定。即是说，转子转速越高，剪切速率越大，叫料变形越快，捏炼效果越好，且可缩短混炼时间。然而转子转速的提高在一定条件下是有限的，因为，一般来说，随着转子转速的提高，胶料温度也升高，从而胶料粘度下降，使剪切应力减小，结果可能导致降低分散效果。反之，速度过低，因剪切速率小，减少了剪切应力，也会降低捏炼效果。在第一段混炼时，一般如出现热裂解、凝胶，等。最终混炼为防止焦烧，一般排胶温度控制在100～120℃以下。据此，为了获得最有效的混炼，也按不同的胶料选择最适宜的转子转速。如图4-4所示密内壁转子旋转方向内壁转转子图4-4转子截面捏炼示意图两个转子的名义速比则由速比齿轮决定，这个名义速比一般为1:1.07～1:1.12。对圆筒形转子速比为1。因此这个名义速比值表面上与开炼机的速比差不多，但是，又与转子具有突棱，转子表面上每一点具有不同的速度，而两个转子因有速比齿轮而有不同的转速，因此，转子之间间隙处的实际速比也是变化的，物料各部分搅拌速度也在变化，导致紊流加剧，提高捏炼与混炼效果。4.1.4.1扭矩密炼机前后转子的转速不同，在炼胶时各转子消耗的功率是不等的，但其两个转子的前转子消耗的功率为：转子的扭矩：N1:后转子消耗的功率，kw;N2:前转子消耗的功率，kw;N:电动机功率，kw;nl:后转子转速，pr/min;η:传动效率；Mk2:前转子扭矩，kg/cm;4.1.4.2胶料的作用力假设胶料对转子的作用力是作用在突棱表面法线方向，且设作用力是沿转子工作部分的长度上均匀分布的。这个力可分解成垂直方向和水平方向两个分力：Py:胶料对转子作用力的垂直分力，kg;R1:转子工作部分平均半径，cm。则胶料对转子作用力P和水平分力为：P:胶料对转子的作用力，kg;Px:P力的水平分力，kg;θ一胶料卷入两转子间隙的压力角。再开炼机上测得值为θ=2～3°,设计时推荐θ转子所受胶料的均布作用力：q:转子受胶料作用力的垂直均布力，kg/cm;q’:转子受胶料作用力的水平均布力，kg/cm;I:转子工作部分长度，cm。4.1.4.3强度计算用后转子为例进行强度计算根据转子受力情况，先求出支反力，再根据转子各断面尺寸，求出各点的弯矩及合成弯矩。M≥:任意点的合成弯矩，kg/cm;Mx:任意点水平方向的弯矩，kg/cm;My:任意点垂直方向的弯矩，kg/cm;对危险截面以疲劳破坏为出发点，进行强度计算，强度条件为：σw:任意点断面的弯应力，kg/cm²;Tk:任意点截面的剪应力，kg/vm²;N:安全系数，一般取2～3。任意点的弯应力为：W:任意点断面的抗弯截面模量，cm³;Wp:任意点的抗剪截面模量，cm³;由于转子形态状复杂且不规则，对二棱转子的断面现在仍近似地当作椭圆形截面来计算W和Wp。对于四棱转子因它的断面比二棱的更复杂。应把该断面复杂的不规则的形状分解成若干个简单的规则的形体；然后应用材料力学求出4.2密炼室结构设计密炼室是密炼机的另一个主要工作件。在炼胶过程中受着物料的强烈摩擦、挤压等作用，其受力情况复杂，物料对密炼室壁的磨损也是十分严重的。内壁磨损后，转子棱顶与密炼室内壁间隙加大，直接影响混炼效果和延长混炼时间，严重者磨坏密炼室壁，使机器无法使用。因此对密炼室的材料要求有一定的机械强度，又要有耐磨性。如图4-5所示图4-5密炼室3D示意图一般密炼室材料要求不低于A3钢。为保证其有耐磨性，可在密炼室内壁堆焊耐磨合金，其堆焊厚度及硬度应符合表4—2规定。表4-2密炼室内壁堆焊耐磨合金的要求密炼机有效容量，升4内表面堆焊厚度，毫米≥3333333端面堆焊厚度，毫米≥3333333硬度HRC≥密炼室的结构比较复杂，设计时需要考虑结构设计和强度计算问题。算时假定密炼室的法向力集中在矩形板中心(a/2和b/2)处；密炼室是由很多个周边固定的矩形平板组成；上顶栓对胶料的压力，可均匀的传到密炼室壁上；转子棱顶挤压剪切胶料时产生的作用力，近似地认为等于转子径向力，且均布在矩形平板上。4.2.1.1受力分析密炼机工作时，密炼室所受的胶料作用力是不断变化的。在密炼室内壁与转子棱顶间隙处，胶料对密炼室壁的作用力pt,它可以看作是均布在矩形平板上的均布载荷qt;此外，还有在上顶栓作用下，胶料对密炼室壁产生的均布载荷qc。4.2.1.1.1胶料对密炼室的作用力P=p·ctgθP:转子棱顶的圆周力，kg;θ:转子法向力与径向力的夹角。R1:转子棱顶回转半径，cm;R2:转子基圆和棱顶间过渡圆半径，cm;R3:转子基圆半径，cm。4.2.1.1.2胶料对相邻两板间均布载荷Q:胶料对相邻两板间均布载荷，kg/cm²;Qc:上顶栓传来的胶料压力，近似等于上顶栓对胶料的单位压力，kg/cm²;Qt:转子棱顶与密炼室内壁间隙处，胶料对密炼室的均布载荷，kg/cm²。φ:相邻两筋板间夹角。按受脉动载荷的周边固定的矩形平板计算c0:矩形平板计算系数，当[o0]:脉动载荷许用应力，公斤/厘米2。σs:材料屈服极限，kg/cm²;σb:材料强度极限，kg/cm²;4.2.3密炼室装料容量密炼室装料容量即混炼容量，容量不足会降低对胶料的剪切作用和捏炼作用，甚至出现胶料打滑和转子空转现象，导致混炼效果不良。反之，容量过大，胶料翻转困难，使上顶拴位置不当，使一部分胶料在加料口颈处发生滞留，从而使胶料混合不均匀，混炼时间长，并容易导致设备超负荷，能耗大。因此，混炼容量应适当，通常取密闭室总有效容积的60%～70%为宜。密炼机混炼时装料容量可用下列经验公式计算：G:生产能力，kg/h;V1:密炼机工作容量，L;作为车间生产能力计算时公式应乘一个ψ值----机器时间利用系数，因为密炼机属间歇式生产的机械，它主要与生产组织有关，通常ψ=0.8～0.9。4.2.3.1工作容量V1由下式计算：V:密炼室有效容量(密炼室总容量减去转子所占体积),L;B:胶料的填充系数。由此可知，填充系数直接影响密炼机的工作容量大小，即影响生产能力的大小。但填β值在0.54左右为合理，但是现代发展情况是β值却已在0.5～0.75以上。4.3卸料机构结构设计135°,最大翻转角度为180°。如图4-6所示日)1)1图4-6卸料(落门)装置2D结构图图4-7卸料(落门)固定位置2D结构图4.3.1受力分析与计算在工作时，卸料装置受到密炼室内胶料地压力，转子棱顶与密炼室内壁间地挤压剪切胶料时传来地作用力以及胶料、下顶栓地重量等。则下顶栓受到地总作用力为：P:下顶栓受到地总作用力，kg;Pp:胶料对下顶栓的压力，kg;Pq:转子棱顶处传来的胶料作用力由式算出。Pp:胶料在密炼室的单位压力(可近似当作上顶栓对胶料的单位压力)kg/cm²;F:下顶栓受力面积，cm²。4.3.2下顶栓传动轴的强度计算二头水平平锁的锁紧方式，在工作状态时，传动轴不受总作用力P的作用，当打开下顶栓时，传动轴承受旋转油缸传来的转动力矩以及下顶栓自重引起的弯曲力矩。强度条件为：σ:由下顶栓自重引起的弯曲应力，公斤/厘米²;T:旋转油缸传来的扭矩引起的剪应力，公斤/厘米²;[o]:材料的许用应力，公斤/厘米²。4.3.3锁紧装置的计算4.3.3.1锁紧栓直径的计算下顶栓锁紧时，锁紧栓承受密炼室胶料等对下顶栓的总作用力。因锁紧栓与下顶栓的接触面是斜面，锁紧栓受其中径向力的作用而产生弯曲。则每一个锁紧栓受的力为：P1:一个锁紧栓所受的力，kg;P:下顶栓所受的总作用力；α—锁紧栓受力面与水平线夹角。锁紧栓所受的力P1可分解成径向力Pr与Pt即：锁紧栓受Pr后引起的弯矩：S:锁紧栓受力点的横断面积，cm²。4.3.3.2锁紧油缸的计算当下顶栓开锁时，锁紧油缸的牵引力(开锁力)为：当下顶栓闭锁时，锁紧油缸的牵引力(闭锁力)为：Pt:锁紧栓作用力的轴向分力。摩擦力Pf由下式算得：Pf1:锁紧栓与下顶栓解除时，接触面得摩擦力水平分力，kg;Pf2:锁紧栓与轴套得摩擦力，kg。P1:一个锁紧栓所受得作用力；F:摩擦系数；Pr:锁紧栓作用力得径向分力；L':锁紧栓伸出得距离，cm;L:锁紧栓与轴套接触长度，cm。根据上述得公式求得锁紧油缸内直径为：D:锁紧油缸内直径，cm;Pmax:锁紧油缸得最大牵引力Pmax=Pb;校核锁紧油缸的应力：D:油缸外直径，cm;Py:试验压力一般py=1.3p,kg/cm²;[o]:许用拉应力，kg/cm²。4.3.4旋转油缸的计算4.3.4.1旋转油缸转动力矩及传动轴的计算当下顶栓关闭或打开时，由于下顶栓的重量而产生转动力矩，另一方面由于重量还产生摩擦力矩。油缸的总转动力矩为：Mk1:下顶栓重量产生的力矩，kg/cm;Mkf=2RA·r·fQ:下顶栓重量，kg;R:转动轴半径，cm;F:轴与轴套的摩擦系数。根据扭矩公式计算转动轴轴径：D:转动轴直径，cm;Mk:旋转轴扭矩；若在轴上开槽时，轴径应增大10%。4.3.4.2旋转油缸主要尺寸的确定根据上面的计算，现假设选定油缸内径为D。则转动块的宽度为b。Mk:油缸总转动力矩，;P:油的工作压力，kg/cm²。rl:油缸内半径，cm;r2:旋转轴半径，cm。验算油缸输出力矩是否满足油缸实际需要的转动力矩：F:转动块受力面积，cm²;η:传动效率，一般取0.8～0.9;M`k:输出力矩，kg/cm。4.4密封装置的结构设计密炼机的密炼室是密闭的，工作时，两个转子相对回转，转子轴径与密炼室侧壁之间的环形间隙在混炼时是容易露料的，为了防止物料的泄漏，在转子轴径处装设密封装置4.4.1液压拨叉式转子端面密封装置如图4-8所示动圈6通过销固定在转子上，两个半环状的定圈5通过螺钉与定圈套12连接，并通4.5密炼机的冷却系统特点：空腔比较大，不易发生水垢堵塞。冷却结构如图4-9所示图4-9中空喷淋冷却示意图强制冷却。如图4-10所示图4-10强制冷却示意图第5章电气控制系统设计5.1电气控制系统构造电磁阀/各控制执行5.2电气控制系统频器与电抗器及其他控制元气件安装与控制箱内，其余操作按钮及显示与表头安装与现场操作桌布局结构如图如图5-2所示图5-2密炼机控制面板图1温合提#A待料燎SuperMixer#WaitMaterial1混合檬#B低速燈1混合概#B高速煊1混合槛排料煊1混合横#B手勋燈SuperMixer#BManmual1混合摄螂故障煌1混合機#B待料短SuperMixer#BWaitMaterial1故障警報1警報停止1震流控制1释愿鼠隔脂ReleasePressure阴1萬周力樓混煉時同BanburyMixerMixTime1萬馬力槐料温B.M.MaterialTemper1聘络龄1络押扣1DOP油泵-敏助11液壓油泵-敢助1液愿油泵-停止1勒承油泵-的助1軸承油泵-停止1萬馬力概-放助1萬馬力機一停止1手助混煉開始1手助混煉停止ManualMixStop1手動時萬周力概叫料BanburyMixerMan.CallMaterial1入科門1重随下Heavyhanmmer占1排料門周Discharge11萬馬力横料遇温1萬馬力横混煉時間到1BanburyMixerCycleCoaplote11萬馬力模入料門隔1111图5-4密炼机主线路图入入力图5-5密炼机控制线路图poaL4上下门特止人料1人料1人料