适用于白炭黑炼胶工艺的320 L啮合型密炼机

张仁广，于江，郝海龙，刘丽

(大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁 大连 116036)

适用于白炭黑炼胶工艺的320 L啮合型密炼机

320 L meshing mixer for white black rubber mixing process

张仁广，于江，郝海龙，刘丽

(大连橡胶塑料机械有限公司，辽宁 大连 116036)

介绍了一种为满足白炭黑炼胶工艺的啮合型密炼机，详细介绍了白炭黑炼胶工艺对设备的要求，以及为满足这些要求，对设备所作出具有针对性的改进和特殊处理；同时还介绍了该设备的结构和特点。

白炭黑；啮合；转子；恒温炼胶；密炼机；结构

近15年来，由于欧洲和北美对环保和节能要求日益严格，对轮胎提出了新的要求，即所谓的“绿色轮胎”，绿色轮胎具有弹性好、滚动阻力小、耗油低、生热低、耐磨、耐穿刺、承载能力大、乘坐舒适等优点，是以后轮胎市场的发展方向；而满足生产出绿色轮胎的必要条件是在炼胶环节中添加一种必不可少的原料——白炭黑，其主要成分是二氧化硅多水化合物。由于白炭黑的物理特性和化学特性，其在炼胶过程中也对炼胶设备提出了新的要求，要求炼胶设备能满足工艺需要，使炼胶效果达到制造绿色轮胎的要求。

在这个前提要求下，大连橡胶塑料机械有限公司（以下简称大橡塑）根据市场走向，适时的开发出了适合白炭黑工艺的320 L啮合型密炼机，同时由于320 L啮合型密炼机的生产能力与270 L切线型密炼机的生产能力相当，并且啮合型密炼机具有更好的炼胶质量，所以可以广泛替代目前的切线型270 L密炼机。

下面就简单介绍一下320 L 密炼机的主要结构、特点。

1 白炭黑炼胶工艺对密炼设备的要求

由于白炭黑的主要成分是二氧化硅多水化合物，其本身并不能使轮胎性能更好，需要在胶料中加入一种配合剂——硅烷，其具有很强的活性，不允许与氧气和水接触，据有相关资料介绍，胶温在145~155 ℃时硅烷化效果最好，而就炼胶工艺而言，白炭黑的分散主要发生在混炼初期，为得到好的硅烷化效果，最主要是依赖于温度，胶温高的情况下，可以缩短混炼时间，并提高生产效率，但又要防止过硫反应。所以理想的炼胶条件是：炼胶温度的有效控制与保持、密炼空间内温度的均一性，即恒温炼胶。

另外，由于白炭黑自身较高的物理硬度，对设备的磨损比较严重；同时硅烷化反应的附加产物对设备有一定的影响，所以胶料接触面必须要进行耐磨耐腐蚀 处理。

综上所述：适用白炭黑炼胶工艺的密炼设备必须要具备很好胶料分散性，温度控制灵敏性、以及恒温保持与均一性，实现恒温炼胶；密炼室、转子、卸料门、压砣等与胶料接触面必须耐磨耐腐蚀。

2 设备主要技术参数

密炼室总容积：326 L ；

有效容积：212 L（填充系数0.65）；

转子形式：啮合型转子；

转子转速：5~50 r/min，速比1:1；

主机功率：1 500 kW；

压砣压力：0.06~0.6 MPa（液压上顶栓）。

3 主要部件介绍

该320 L密炼机由加料装置、压料装置、密炼装置、卸料装置、锁紧装置、端面密封装置、液压站、温控单元、润滑系统等主要部件组成，值得注意的是，该型号的密炼机没有传统密炼机中的大底座。

3.1 压料装置

压料装置双立柱导向杆结构，同样采用双油缸对角线布置的驱动方式，油缸活塞杆一侧铰接在横梁上，缸体一侧铰接在连接座上；压砣与推杆仍然采用法兰刚性连接方式，冷却水管在推杆中间与压砣相连接，能有效保证冷却水不渗漏。压砣采用单面坡结构，底面为V型结构，在四角处安装有可以更换的耐磨条。

在压料装置中还可以配备外置式位移传感器，可以在整个运行过程当中即时显示并控制压砣的位置。参见图1。

图1 压料装置结构示意图

3.2 加料装置

在加料装置中，其左右侧墙、后墙、上梁等均采用了整体厚钢板结构，替代了以往的薄钢板焊接结构，使加料装置不但外形简单整洁，还加强了整体的强度，能有效防止变形。整个加料装置的后墙板设有炭黑投料口，左右侧墙预留有辅助投料口。另外，该机台加料装置的一个显著特点是：料口宽度大于加料门宽度，由此形成的凸台具有导向的作用，能有效限制压砣在下压过程当中受弯矩而产生变形所带来的影响。

为适应白炭黑的炼胶工艺，整个加料通道内表面同样进行了防腐蚀处理。参见图2。

图2 加料装置结构示意图

3.3 密炼装置

该机台的密炼装置采用了新型啮合型转子，大橡塑专利的加长一体式焊接边支架，液压式端面密封。在转子出水端安装有轴向推力轴承，能有效保证转子在工作状态时轴向稳定性，不会来回串动。在出水端边支架上安装有一个测温热电偶，以监测胶料温度；在密炼室上安装有单向注油阀。在密炼室入口处四周同样的安装有耐磨板。参见图3。

图3 密炼装置结构示意图

（1）密炼室

密炼室采用薄壁筒焊接结构，为保证强度，在薄壁筒圆周方向上焊接了加强筋板。其中密炼室壁体毛坯为整筒锻造结构，能有效保证室壁体质量。 参见图4。

图4 密炼室结构示意图

（2）边支架

边支架为焊接件，采用加高一体落地式结构。该结构为大橡塑公司专利，为安装锁紧装置提供空间和基础。参见图5。

图5 边支架结构示意图

（3）新型啮合型转子

该密炼机采用了新型啮合型转子，转子体为合金钢铸件结构，转子轴锻造。

该新型转子的结构特点是：转子棱的布局设计有利于胶料在密炼空间里从转子两侧向中间推进，改善了转子在炼胶过程中轴向的受力情况，加大了胶料在密炼室里往复折返空间，有利于胶料的搅拌与混合；同时转子棱截面的设计以及棱的布置增大了转子间的啮合区域，增加了胶料在转子棱间的啮合作用，有利于胶料的分散与均匀。可以说，该转子的炼胶效果达到了一个新的层次。参见图6。

图6 转子结构示意图

3.4 卸料装置

卸料装置采用了双齿条齿轮下落式排料方式，有齿轮齿条油缸驱动卸料门轴，带动卸料门进行旋转实现关门与开门动作。整个装置主要由卸料门，焊接式卸料门座，卸料门轴，卸料油缸等主要部分组成。

卸料门为加长式结构，与挡圈接触密封，在门体中间带有2个测温热电偶。卸料门轴采用了阶梯状设计，安装时只能从出水端向传动端插入，该方式既方便安装与拆卸，同时也限制了卸料门轴轴向串动。参见图7。

图7 卸料装置结构示意图

3.5 锁紧装置

锁紧装置采用了新型锁紧结构（该结构已经成功申请专利），其固定方式不同于传统结构，因该320 L密炼机没有大底座，所以整个锁紧装置通过锁紧底座固定在密炼装置的左右边支架上。

该结构中的锁紧底座采用焊接式结构，最大限度的减少螺栓连接方式，以避免产生螺栓松动的问题。

该锁紧结构的主要特点是：由于锁紧装置在工作当中所受冲击力较大，这些冲击力来源于密炼装置，通过卸料装置传递给锁紧装置，而整个锁紧装置又是固定在边支架上，所以到最后，力又传递到密炼装置上，从外部看，整个装置的受力情况是封闭的。这个结构可以说从根本上解决了传统结构中将锁紧装置固定在大底座的螺栓的松动问题。

同时该结构严格控制了锁紧油缸的行程，使锁紧最大行程不会超过曲拐锁紧时的死点，以避免产生过锁现象，造成不必要的麻烦。参见图8。

图8 锁紧装置结构示意图

3.6 端面密封装置

本机的端面密封装置采用油压式密封结构。每套密封装置采用3油缸推动定圈，一台设备上的4套密封装置共12个油缸，所有端面密封油缸的液压管路是相通的，有效保证工作状态下各个密封面密封压力一致。

每套密封装置的润滑有接触面润滑油与工艺软化剂之分，其中润滑油3个点，工艺软化剂2个点，能有效保证润滑与密封效果。另外，定圈通水冷却，有效降低了密封面工作时的温度，延长了动定圈的使用寿命。该机台动定圈的搭配方式为合金与合金的搭配方式。参见图9。

图9 端面密封装置结构示意图

4 主要技术特点

为满足白炭黑炼胶工艺，本机台与胶料接触部分进行了硬化处理，包括压砣底部的V型面，密炼室内表面、挡圈、卸料门，以及加料口通道内壁，均采用特殊的硬质合金及特殊的堆焊工艺，以保证耐磨性和耐腐蚀性。

同时为提高冷却效果及冷却控制，压砣，卸料门，密炼室以及挡圈均采用钻孔冷却方式，并且改进钻孔冷却流道结构，增加了冷却面积，并减少了冷却水流通阻力，以达到冷却效果和恒温控制性能。

为更好的实现转子的冷却效果，转子的冷却方式为强制循环冷却，其冷却流道由不封闭的C形环流道串联而成，环与环之间由小角度螺旋槽流道过渡。该结构增大了冷却面积，能有效的保证和控制转子整体的冷却效果。转子表面进行了耐磨耐腐蚀处理，堆焊了特殊材质的微裂纹合金，并且采用独有的堆焊工艺使其比普通的硬质合金更加耐磨，更能满足白炭黑的炼胶工艺要求。

为更好的监测炼胶温度以及控制，使密炼空间内的胶料温度保持一致，实现恒温炼胶，该设备共安装3个测温热电偶，出水端边支架上1个，卸料门上2个，用来控制及辅助检测炼胶温度以及控制密炼机排胶。

5 结语

大橡塑320 L啮合型密炼机是专门为满足白炭黑炼胶工艺要求而研制的一种密炼机，同时在结构上和工艺上作出了相应的改进和创新，大大提高了设备性能，能有效实现恒温炼胶，满足白炭黑炼胶工艺的需要。同时其生产能力与270 L切线型密炼机的生产能力相当，并且啮合型密炼机具有更好的炼胶质量，具有广泛的适用性。

（R-01)

TQ330.43

1009-797X(2016)07-0023-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.07.006

张仁广（1980-），男，高级工程师，毕业于东北大学机械工程与自动化学院，现主要从事密炼机、挤出压片机等的设计工作，Buzuluk公司密炼机项目组中方负责人，已累计在捷克工作近9个月。

2016-01-20