开炼 密炼 上下辅系统 - 图文

第 二 章 开放式炼胶机（炼胶机）

―Mill―Mühle

第一节 本章的教学目的、要求、重点、难点及相关要求 §1－1 本章的教学目的与要求

通过本章的学习，使同学们掌握开炼机的主要用途、工作原理、主要结构及设计过程，特别是主要零部件设计思路和方法，熟悉机台操作方法及相关特点，了解关键部件加工方法，培养在橡胶机械生产过程能独立设计开炼机和在橡胶加工过程中能自己正确使用和指导工人正确使用开炼机的工程技术人员。

§1－2 本章的重点、难点及要求

重点：开炼机工作原理、强化炼胶的条件、关键部件设计思路和方法。 难点：机台各部件结构及原理、关键部件的设计、参数的选用、机台加工方法。

要求：（1）要求同学们掌握开炼机的重要用途，分类方法，工作原理，主要结构及其区别，横压力及相关概念，

辊筒及主要部件设计方法，受力分析及相关结构，强化炼胶的条件。

（2）要求同学们熟悉塑炼、混炼等工艺概念，开炼机基本结构，操作方法，规格表示及主要技术特征，关键部件的设计过程，设计过程中的参数选择，传动方式及电机的选择。

（3）要求同学们了解当代炼胶车间的特点，横压力、传动功率、产量的计算方法及其区别，开炼机组装过程。 （4）要求同学们自学课堂上未讲的书本内容。

§1－3 辅助教学情况

多媒体+板书

§1－4 授课内容

1 开炼机概述（分类、用途、基本结构、工作原理、技术特征等）。

2 开炼机的主要性能参数（辊筒直径和长度、辊距、速比、接触角、横压力、传动功率、生产能力等）。 3开炼机的传动系统（传动型式、电机选择等）。

4开炼机主要零部件的设计（辊筒、辊筒轴承、机架与横梁、调距装置、安全与制动装置、挡胶板及翻胶装置等）。

§1－5 主要外语词汇

开炼机——mill

辊筒——mill roll

包辊（现象）——mill banding 橡胶——rubber 塑炼——milling

薄通——mill run

混炼——mixing， blending 热炼——mill warm-up

横压力——horizontal pressure 辊距——mill clearance 挡胶板——mill cheek 翻胶装置——mill blender

开炼机辊筒速比——mill roll ratio 接料盘——mill pan

轴承——bearing

冷硬铸铁——chilled cast iron 划胶刀——mill knife / mill blade

开炼机容量——mill batch / mill cpacity

§1－6 作业

1. 了解当代炼胶车间的特点。

2. 掌握开炼机主要用途及分类方法。

3. 掌握塑炼、混炼、压片、供胶及热炼等工艺的概念及他们之间的区别，分别采用什么方法可以达到目的。 4. 了解开炼机基本结构，掌握几种典型的开炼机的主要区别。 5. 掌握开炼机的工作原理。

6. 掌握开炼机强化炼胶效果应具备的条件。 7. 了解开炼机规格表示方法和主要技术特征。 8. 掌握横压力的概念及其影响因素。 9. 了解横压力计算的几种方法及其区别。 10. 掌握开炼机功率消耗的特点。

11. 了解开炼机传动功率几种计算方法及其区别。 12. 了解开炼机产量计算方法及其影响因素。

13. 掌握开炼机辊筒的作用、要求、所用的材料、结构和分类方法以及辊筒受力分析计算方法。 14. 掌握开炼机辊筒轴承的作用、位置、类型及润滑方法。

15. 掌握开炼机辊筒调距装置的作用、位置、调整范围、分类及其具体结构。 16. 了解开炼机的传动型式以及电机选择要求。 17. 了解开炼机的组装过程。

§1－7 参考教材或资料

1、《聚合物加工原理》Z.塔德莫尔等编著 耿孝正等译 化学工业出版社 2、橡胶机械（苏联） 4、相关杂志，例如：《橡塑技术与装备》、《橡胶工业》、《世界橡胶工业》、《特种橡胶制品》、《Rubber World》等等。

第二节 概述

炼胶设备是橡胶工业中的通用设备，在所有橡胶制品加工中都必须经过炼胶加工工序。因此，炼胶设备是橡胶机械中重要的设备之一。目前的炼胶设备主要有开炼机、密炼机（间歇式生产，目前通用），连续混炼挤出机（连续式生产，橡胶方面正在研究之中，塑料方面已工业化）。本章主要学习炼胶设备之一开炼机。

在橡胶工业中，混炼车间是整个行业的核心，是橡胶工厂最重要的部门，也是能源消耗大户，占全厂40%，也是目前重点节能的部门或工序之一。它包括烘箱、切胶机、开炼机、密炼机及其辅机。近年来，国外橡胶工业有了迅速的发展，不仅在各个加工技术方面有相当的进步，而且设备方面有很大的发展，广泛地应用电子计算机管理和控制炼胶作业，大大地提高了炼胶系统地自动化水平，同时也引起了炼胶系统的变化。

多年来，国外对炼胶系统的技术改革实践证明：首先改革炼胶机及其装置，并使之现代化，以取得较高的劳动生产率、较高的效率和炼胶作业最佳化，才能真正实现炼胶系统技术创新。经过多年的改革，当代炼胶系统尤其是轮胎厂的炼胶系统已发展成自动化水平较高的工程系统。 当代炼胶车间（milling room）的特点 1）中心化

大的橡胶或轮胎厂都有或正在筹建大型、集中的炼胶中心。 2）使用大容量的炼胶设备

优点：①可减少炼胶车间设备台套数，可减少炭黑等材料的泄漏点；同时可提高生产效率，降低能耗，降低生产成本；②可提高胶料质量稳定性，机台减少，单台容量加大，从而减少批次数量，可以保证胶料质量稳定性；③有利于设备控制现代化。

3）采用双螺杆挤出机代替开炼机压片

优点：无泄漏、效率高、劳动强度低、胶料质量好。 4）实行计算机和网络远程管理

设有监控装置，可使操作人员和管理人员在办公室作异地了解和控制炼胶设备的运行。 5）胶料生产线机械化、联动化、自动控制水平越来越高.。

§2－1 开炼机的发展动向

开炼机全称开放式炼胶机，是橡胶工业中的基本设备之一，也是三大炼胶设备之一，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年应用在橡胶加工生产中，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。近五十年来开炼机的设计和制造水平有了很大提高。近几年来国产新型结构开炼机不断的涌现。有力地促进了开炼机地发展。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，并已出口国外。

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。在自动化流水混炼作业线中，由于挤出压片机、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。国外人士认为，密炼机并没有代替开炼机，密炼机只是制造出接近完成的胶料，而以后的加工，最好还是用开炼机去继续完成。国外开炼机系列近年来都无多大变化，结构上已趋于定型，只不过是在零部件方面不断创新。其发展的动向是提高机械化自动化水平，改善劳动条件，提高生产效率，减小机台占地面积，完善附属装置和延长使用寿命等方面。 今后发展方向：

①控制方面，实现自动化操作，改善劳动条件 ②调距方面 ③轴承方面④安全装置（全方位刹车）⑤传动方面，采用双出轴 ⑥辊筒的材质及铸造方法。

§2－2 开炼机的用途与分类

先讲几个工艺的基本概念

1.塑炼（milling）：把弹性生胶转变成可塑状态的工艺加工过程。

特征：分子量降低，弹性降低，可塑性增大，流动性好，永久变形增大等。

2.混炼（mixing， blending）：将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的工艺过程。 3.压片（mill sheeting）：根据工艺要求，在开炼机上把胶料压成一定的宽度和厚度的工艺过程。

4.供胶：根据工艺要求，在开炼机上把压成一定的宽度和厚度的胶料，送到下一步工艺（挤出、压延）的工艺过程。 5.热炼（mill warm-up）：根据工艺要求，在开炼机上把胶料加工成一定的温度和可塑度，并送到下一步工艺（热喂料、压延）的工艺过程。 一、用途 开炼机主要用于：

1.生胶的塑炼、破碎、洗涤、压片； 2.胶料的混炼、压片以及胶料中的杂质清除； 3.混炼胶的热炼、供胶； 4.再生胶的粉碎、混炼、压片。

此外，它还广泛应用于塑料加工和油漆颜料工业生产中。

从目前来看，开炼机的用途还是很广泛的，现在在许多方面用密炼机可以代替，但开炼机仍有实际意义。 1.在中、小型厂是必备的设备。因为密炼机的投资大，而且密炼机的用途不如开炼机的广泛。 2.某些对热敏性强的混炼胶可避免早期硫化，而便于散热，必须用开炼机混炼。 3.某些生产厂家混炼各种不同颜色的胶料，只用开炼机便于清洗。 4.特殊用途橡胶，如丁腈加强胶 二、类型

由于工艺用途不同，其结构也有差异，为满足工艺操作的要求，一般按其用途来分，如下表： 类型 混（塑）炼机 压片机 热炼机 破胶机 洗胶机 粉碎机 精炼机 再生胶混炼机 烟胶片压片机 绉片压片机 实验用炼胶机 混面形状 光滑 光滑 光滑或沟纹 沟纹 沟纹 沟纹 腰鼓形 光滑 沟纹 光滑或沟纹 光滑 主要用途 生胶塑炼、胶料混炼 压片、供胶 胶料预热、供胶 破碎天然胶块 除去生胶或废胶中的杂质 废胶块的破碎 除去再生胶中的硬杂质 再生胶粉的捏炼 烟胶片压片 绉片压片 各种小量胶料实验

§2－3 开炼机基本结构

――Main Composition of mill

开炼机主要由辊筒、轴承、机架、压盖、传动装置、调距装置、润滑系统、辊温调节装置和紧急制动装置等组成（见下图）。开炼机虽然大小不同，但其基本结构都是大同小异的。

下面我们要了解几种不同结构的开炼机

⒈老式传动开炼机 2、新型传动式开炼机

3、双电机传动式开炼机 4、带翻胶装置开炼机

§2—4 开炼机的工作原理

开炼机为什么能够把高弹性的生胶转变为具有可塑性状态的塑炼胶呢？如何把橡胶与各种配合剂均匀混合在一起？这是因为开炼机在炼胶过程中主要是依靠两个相对回转的辊筒对胶料产生挤压、剪切作用，经过多次捏炼，以及捏炼过程中伴随的化学作用，将橡胶内部的大分子链打断，使胶料内部的各种成分掺和均匀，而最后达到炼胶的目的。从辊筒间隙中排除的胶片，由于两个辊筒表面速度和温度的差异而包覆在一个辊筒上，重新返回两辊间，这样多次往复，完成炼胶作用。在塑炼时促使橡胶的分子链由长变短。弹性由大变小；在混炼时促使胶料各组分表面不断更新，均匀混合。在间歇操作的开炼机上，加料后胶料反复通过辊距数次，最后切割下片。如图2－2所示。在用作连续操作的开炼机上，胶料从辊筒的一端连续的加入，按炼胶工艺规定的时间反复通过辊筒数次，从辊筒的另一端连续切割所要求胶条。如图2－3所示。那么，胶料在开炼机上加工时，应具备哪些条件才能得到良好的炼胶效果呢？我们将从两个方面进行讨论，即分别从力学角度和流变学角度加以讨论。

图2－2 间歇炼胶过程图 1－加料 2－捏炼 3－切割胶料

图2－3 连续炼胶过程图 1－切胶刀 2－带状胶条

一、从力学方向来研究胶料进入辊距的条件

在炼胶操作时我们可见，当胶料包覆一个辊筒后两辊筒间还有一定数量的堆积胶，这些积胶不断被转动的辊筒带入辊隙中去，而新的积胶又不断形成。这些堆积胶对炼胶效果的影响是很大的。若堆积过多，过多的堆积胶便不能及时进入辊隙，只能原地轻轻抖动，此时炼胶效果显著下降；若堆积胶过少，则不能形成稳定连续的操作。可见，确定适量的堆积胶是必要的，为此就需要引入一个称之为接触角的概念。如图2－4所示。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α表示。胶料能否进入辊隙，取决于胶

料与辊筒的摩擦系数和接触角的大小。

以胶料为研究对象，以接触点A点作为边缘研究点，在炼胶过程中，胶料对辊筒产生径向作用力（合力）——即横向压力，用P表示，反过来，根据作用力与反作用力的关系，辊筒对胶料产生一个大小相等、方向相反的作用力——横压力的反作用力，用F表示。把这个力分解成一个水平作用力Fx和切向作用力Ft。

Fx的作用：是对胶料产生挤压作用，并使其产生变形； Ft的作用：是把胶料推出辊距；

图2－4 胶料受力分析

另外，胶料与辊筒之间在运动过程中产生摩擦作用，即有摩擦力存在，胶料对辊筒的摩擦力用T'表示，方向背离辊距。反过来，辊筒对胶料的摩擦力，用T表示，方向进入辊距，它的作用是把胶料拉入辊距。

若想胶料进入辊距进行炼胶，只有 T>Ft

T－为摩擦力，应为T＝F·μ，F为正压力，μ为摩擦系数；μ＝tgφ，φ为摩擦角。 ∴T＝F·tgφ

从图上可以看出，即从△FtFA得知 Ft＝F·tgα α为胶料接触角 又∵T>Ft 即有T＝F·tgφ> Ft＝F·tgα 即tgφ> tgα ∴有φ>α

从分析可知，只有当摩擦角φ大于接触角α时，胶料才能进入辊距。

只有这个条件满足时，才能保证正常炼胶。橡胶或胶料与金属辊筒的摩擦角φ与胶料成分及其配方、可塑度、炼胶温度及辊筒表面形状等有关。Φ=38~420，生胶与金属辊筒摩擦角φ=38041’，炼胶过程中一般采用接触角α=32~400，国内推荐采用α=36~400。

二、从流变角度上主要研究：

1、胶料的挤压作用是如何产生的？以及与横压力的关系？

胶料在辊隙中得到强烈的挤压和剪切，如下图所示。挤压作用是由于胶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。

2、胶料剪切作用是怎样产生的？以及剪切力的大小与谁有关系？

剪切作用是由于前、后辊筒有速比而产生，速比越大剪切力越大。 3、辊距大小对胶料的剪切作用以及对炼胶效果有无影响？

对同一机台来说，速比和辊筒线速度是一定的，可用减少辊距的方法来增加速度梯度，从而达到增加对胶料的剪切作用。如生胶的薄通塑炼，就是这个道理。速度梯度值大，炼胶的效果就好，特别对破胶及塑炼效果好。但对胶料剪切变形所需的能量增加时，胶料温度上升的块，所以要加强冷却。

4、炼胶过程中为什么要进行割胶、翻胶？

在炼胶过程中，将胶料进行切割对炼胶过程是十分重要的。根据流体力学的分析，炼胶过程胶料的流线分布如下图所示。

图2－5胶料流线的分布

在炼胶过程中，将胶料进行切割对炼胶过程是十分重要的。根据流体力学的分析，炼胶过程胶料的流线分布如图2－5所示。从图中可见靠近辊筒处胶料的流线与辊筒转动面平行。而在楔形断面开始处，有一个回流区域，形成两个封闭的回流线（即ψ－0线），当v1＝v2时，这两个封闭回流线对称分布，当v1

胶料在辊隙中得到强烈的挤压和剪切。挤压作用是由于胶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，速比越大剪切力越大。

对同一机台来说，速比和辊筒线速度是一定的，可用减少辊距的方法来增加速度梯度，从而达到增加对胶料的剪切作用。如生胶的薄通塑炼，就是这个道理。速度梯度值大，炼胶的效果就好，特别对破胶及塑炼效果好。但对胶料剪切变形所需的能量增加时，胶料温度上升的块，所以要加强冷却。

三、强化炼胶效果，必须具备四个条件

经过上面分析讨论可知，要想完成炼胶操作及得到较好的炼胶效果，应实现下面四点： 1、使胶料摩擦角大于接触角（φ>α）以便把胶料带入辊距；

2、使前后辊速（线速度）不想等，以便对辊隙中的胶料进行强烈的挤压和剪切； 3、炼胶时，需要切割翻胶，以破坏胶料的封闭回流线，加强物料的分散效果； 4、炼胶过程中不断调整辊距，以改变速度梯度，提高炼胶效果。

§2－5 技术特征

一、规格表示

开炼机的规格用“辊筒工作部分直径3辊筒工作部分长度”来表示，如Φ55031500，单位是毫米。我国部颁标准规定的表示方法是在辊筒直径数字之前冠以汉语拼音符合，以表示机台的用途。由于国产密炼机以成系列，且绝大部分前后辊筒直径相同，因此，国家标准规定了长径比，一般只用辊筒直径表示。如

XK－400：X表示橡胶，K表示开炼机，400表示辊筒直径；SK－400：S表示塑料，K表示开炼机，400表示辊筒直径；X（S）K－400：X（S）表示橡胶塑料通用，K表示开炼机，400表示辊筒直径。

对于一些特殊用途的专用开炼机，还要增加一个符合，如 XKP－400：其中P表示破胶机；XKA－400：其中A表示热炼机。

二、技术特征

机台的技术特征是我们比较关心的，因为我们在进行厂房设计时，机台的技术特征就显得比较重要，技术特征主要表明机器的性能参数，有些可在产品总目录及样本上查到，较详细的应找说明书。

对开炼机来讲，技术特征应包括：辊速、速比、功率、炼胶容量、辊距调整范围以及外形安装尺寸和传动方式等。国产炼胶机的规格与技术特征见下表。

炼胶机规格 （mm） υ65032100 υ55031500 υ5503800 υ45031200 υ40031000 υ3503900 υ1603320 υ1603320 速比 1～1.1 1.2～1.3 1.25～1.35 1.2～1.3 1.2～1.3 1.2～1.3 1.25～1.35 速比可调 主电机前辊线速度 功率 （m/min） （kw） 32 28 26 24 19 17 10 可调 115 95 75 55 40 28 5.5 5.5 一次加料 （kg） 150 45～70 2000公斤/时 30～50 20～35 15～25 2 2 压片 用途 塑炼、混炼、热炼 破胶 塑炼、混炼、热炼 塑炼、混炼、热炼 塑炼、混炼、热炼 实验用 实验用

第三节 主要技术参数

开炼机的主要技术参数确定是进行该设备设计的重要工作，有必要对开炼机的几个重要参数进行认真地讨论。 §3－1 辊筒工作表面的直径与长度

辊筒是开炼机的主要工作零件。它的工作表面直径和长度是表示设备规格和生产能力的重要参数之一。 目前，开炼机的辊筒工作表面直径和长度已由国家进行了标准化。 D ，L ,加工能力 ，产量 Q ，

当D一定，L ，辊筒变形 ，挠度 ，安全性 。

对开炼机来讲，主要用于胶料的粗加工，横压力变大，因此，在辊筒设计时，必须保证足够的强度和刚度。 § 3-2 辊筒的辊距

一、定义:两辊筒表面的最小距离称之为辊距。单位用mm,me表示。 二、影响因素

辊距e大小对开炼机消耗功率N、炼胶量、和炼胶效果都有影响。

在一定范围内，辊距e越大，胶料通过辊的变形功越大，消耗的功率N越大，模压力P越大。 辊距e越大，胶料通过辊距的变形功越小，消耗的功率N越小，模压力P越小。 与此同时，辊距e越大，通过辊矩的胶料数量增加，消耗的功率N就有增加的趋势。 § 3-3辊筒回转速度、速比和速度梯度 一、辊筒回转速度

1、定义：辊筒回转速度，常以辊筒表面的线速度V（m/min）来表示，或以辊筒的转速（1/rad)来表示。 2、影响因素

辊速大小主要取决于开炼机的规格和设备的机械化水平。规格越大，机械化水平越高，线速度就越大。 V越大，Q越大，N越大，P越大，T上升快，必须解决冷却问题。 V越小，Q越小，N越小，P越小，T上升缓慢。

二、速比f

1定义：开炼机辊筒的速比即是主动辊（后辊）与其被动（前辊）筒的线速度之比。一般用f表示，即

vv后 1?f= v 2 v 前

中f-两辊筒的速比

v1、v2-分别表示后辊筒和前辊筒的线速度，单位m/min。

2、影响因素

速比是开炼机的主要参数之一，它直接影响到炼胶效果、开炼机的功率消耗，以及机台的结构，所以选择速比时要合理。为了保证操作者的安全，一般将后辊筒的速度选的快一些，前辊筒慢一些，这样，根据定义，f一般是一个大于1的数。

3、具体值：根据炼胶机的用途不同，其速比也有变化，其值为：

塑炼、混炼 f=1.2~1.3,一般是i>i。 压片 f=1.0~1.1。热炼f＝1.20~1.50。 三、速度梯度

1、定义：由于开炼机两辊筒的线速度不等（速比f≠1）,所以胶料在辊隙间的运动是变化的，（即产生速度变化）与后辊接触的胶料比与前辊接触的胶料运动快，所以我们把两辊线速度之差同辊距之比称为速度梯度，即

dVv1?v2v2?(f?1)V梯 = ? dXee

dV式中 --速度梯度(l/min)，e--辊距(m)。

dX

2、影响因素

从上式我们看到，速度梯度受到前辊线速度、速比以及辊距的影响。 速比增加，速度梯度增加。

前辊筒速度越大，速度梯度越大。 辊距越小，速度梯度越大。

对于一台开炼机来讲，因速比、前辊筒速度都是常数（或仅有几个变化），所以，这时速度梯度仅是e的函数，要改变速度梯度通过改变e是非常有效的。 3、优缺点

从实践中知道，增加速度梯度，胶料所受的剪切作用加强，能够强化炼胶，提高炼胶效果，对提高质量是有利的，但速度梯度增加过大，由于剪切作用强，摩擦生热快，胶料温度T也随之上升，这样，胶料粘度下降，对提高炼胶质量不利。所以速度梯度不能取很大，也不能取的过小，据一般资料介绍，对于胶料的塑炼、混炼一般取=7500/min左右为最佳。

实际操作可根据工艺要求，在不致产生焦烧的情况下，可短时间内减小辊距。开炼机的速度梯度规定如下：

用途 塑炼、混炼、热炼、压片 计算速度梯度的辊距e 3mm 试验用小规格开炼机用 生产用大规格开炼机用 梯度值 1500~2200/min 1500/min 2200/min 破碎、粉碎 1.5(破碎)、2（粉碎） 7500/min § 3-4接触角

接触角即是二辊筒断面中心的连线和胶料在辊筒上接触点至辊筒断面中心连线的夹角，一般用α来表示。 在同一台炼胶机上，接触角α与一次炼胶量有关。 炼胶量增加，α增大。 炼胶量减少，α减小。 § 3－5 横压力 一、横压力的概念

1、定义：

胶料通过辊隙时，胶料对辊筒产生径向作用力和切向作用力（接触应力）。如图所示。 径向作用力：Q＝f（y），它力图使两辊筒分离，其方向垂直于辊面，其大小从y4y4→y1y1截面渐增，从y1y1→－y1－y1截面又平滑下降，在y1y1截面为最大值，在y4y4和－y1－y1截面为零。径向作用力的分布如图中的虚线所示。

切向作用力：τ＝f（y），它力图使胶料拉入辊隙中，其方向取决于胶料的运动速度，其大小从y4y4→y1y1截面由零经最大到零，从y1y1→－y1－y1截面又由零经最大到零，由于在y1y1截面上、下胶料与辊面的相对运动方向不同，故二次出现的峰值相反。切向作用力的分布如上图中的实线所示。

胶料在辊隙间对辊筒产生的径向作用力亦即横压力，又称分离力。 横压力是机械专业进行强度计算的原始数据，也是分析胶料所受压力作用和剪切作用的原始数据，通过分析它，使我们可以合理的制定操作工艺，合理地利用机台，提高经济效益。 2、分布与效应

横压力是开炼机的主要参数，在炼胶过程中，胶料在整个夹持弧上都产生对辊筒的径向作用力，而分布是不均匀的，随楔形断面的不断减小，横压力也在不断增大。由试验知，横压力的最大值在夹持弧的5～10 °上，径向作用力的合力作用点要根据实验来确定，合力作用线与水平线的夹角一般在5～10°范围内，推荐采用10°。横压力有使二辊筒分开的趋势，使辊筒产生弯曲变形。辊筒对胶料的径向作用力与胶料对辊筒的径向作用力大小相等，方向相反。如下图所示。

二、影响横压力的因素

横压力是开炼机的主要参数之一，它也受到许多因素的影响，因此我们必须了解其影响因素，对我们将来进行设计和分析设备机能很重要，辊筒横压力的大小，主要取决于胶料的性质、加工温度、辊距和辊筒线速度等。用函数式表示出来，即 P=F(T,V,D3L,e，t )

要从理论上定量的讨论是很困难的，使用时，只能从现有机台中确定几个参数后，由试验得来，在这里只能定性的分析：

（1）横压力P与辊温T的关系，当T增大，P减小；当T减小，P增大。

（2）横压力P与辊筒规格D3L，当D3L增大，P增大；当D3L减小，P减小。 （3）横压力P与炼胶时间t的关系,t越长；P越小。 （4）堆积胶的多少与横压力的关系，（实际用接触角也可）α越大，P越大；当α越小，P越小。 （5）胶料性质与横压力的关系，当胶硬度越大，P越大；

当胶硬度越小，P越小。如图2－13所示。例如硬胶料的混炼与热炼比天然胶塑炼的横压力要大。

（6）胶料温度与横压力的关系：温度越低，横压力越大

如图2－14所示。例如冷破胶比预热70℃后再破胶，横压力大10～15％。 （7）横压力P与辊距e的关系,

对于混炼胶来讲，当e增大，P减小；当e减小，P增大。

（8）辊筒工作线速度与速比对横压力的影响比较复杂

从流变学观点分析辊速越高，橡胶在短时间内变形，横压力应增加，但与此同时，如胶料温度亦升高，使横压力相对下降，二者相互抵消的作用，故横压力增加不大。如图2－16所示。例：在υ660毫米开炼机上混炼实心轮胎胶料时P＝1100公斤/厘米。但同是胎面胶，在υ305毫米开炼机上测得的横压力P＝380公斤/厘米。因此，一般地可以认为：同一规格开炼机，加工不同胶料时横压力是不同的；同种胶料，在不同规格开炼机上加工时横压力也不同。开炼机规格越大，胶料硬度越高，横压力越大。 三、横压力的分析

如下图所示，总横压力PP可分解为水平分力PPX和垂直分力PPY。

横压力水平分力PPX：PPX＝PP·cosβ 公斤 横压力垂直分力PPY：PPY＝PP·sinβ 公斤

若把辊筒工作部分纵长1厘米上的横压力称为单位横压力，并以P（公斤/厘米）表示，则总横压力PP为：

PP＝P·L 公斤 （2－3）

式中 P——单位横压力，公斤/厘米；

L——辊筒工作部分长度，厘米。

辊筒上的总横压力，被辊筒两端的两个轴承承担，这样一个轴承的横压力，即为总横压力，即为总横压力的一半。 P?P＝PP/2 公斤 （2－4）

式中 P?P——一个轴承上的横压力，公斤。

在实际炼胶过程中最大横压力数值上是变化的。例如υ55031500毫米炼胶机塑炼天然胶时一个轴承上横压力的变化如下图所示。可见，在开始几分钟压力达到最大值。其后由于胶温提高，胶料变软。横压力很快的下降，当胶料可塑度均匀后，横压力的变化也就不大了。 四、横压力的计算

从理论上计算横压力，较早的方法是借助于辊压金属的理论来计算的，但它没有考虑胶料性质对横压力的影响，故计算结果与实际相差很远。后来曾采用相似论和因次分析的方法建立横压力计算公式。但若将实验研究机台所得结果应用到其他规格炼胶机上去，必须借助于转换系数。要准确的确定这个系数也是困难的。此外也曾采用建立在流体力学捏炼理论基础上的横压力计算法。由于它考虑了胶料的流变性能，较前述各种方法前进了一步。但因在计算中涉及流变系数，公式又很复杂，实际上应用仍有一定的困难。总之，由于橡胶本身所具有的性质所决定，要从理论上准确的计算横压力在目前来说还是困难的，有待进一步研究。这里介绍几种方法，以供参考。 1经验统计基础上的横压力计算

在实验统计的基础上，苏联A.H.库兹涅佐夫推荐用下列公式计算总横压力的最大值：

1?f2?235?PP?K??v??27?(26.8?0.47D0)?L公斤 （2－5） 2f?i?

式中 PP——总横压力，公斤；

K——计算系数； ?——速比；

v——后辊线速度，米/秒； I——后辊指数，其值为D0/e； D0——两辊平均直径，厘米； е——辊距，厘米；

L——辊筒工作部分长度，厘米。

（2－5）式中计算系数K，库兹涅佐夫原推荐采用1.5，根据国内设计实践，可采用如下数值：

υ65032100开炼机 K＝1.1～1.3 υ55031500开炼机 K＝1.2～1.4 υ45031200开炼机 K＝1.3～1.5 υ40031000开炼机 K＝1.4～1.7 υ3603900开炼机 K＝1.7～2.5

上列计算系数是统计数据，供在计算时参考，可根据炼胶机用途具体分析选用。 2建立在胶料捏炼流体动力理论基础上的横压力计算

流体捏炼理论认为：在辊隙中的胶料看作非牛顿型流体。通过辊隙时呈粘性流动体流动。在推导计算过程中假设：由于胶料粘性很大，视通过辊隙的胶料为层流流动；靠近辊筒表面上的胶层与辊筒表面无滑动，在辊面处胶料的运动速度与辊筒线速度相等；通过辊距时胶料沿y方向流动速度近似相等；通过辊距的胶料等温、稳定流动；胶料进入或离开辊隙时压力等于零；胶料的重力与惯性力远比表面力小，故可忽略不计。

奈维－斯托克斯方程是该计算式的导出基础。在辊隙中流动的胶料可近似的用下式来表达： ?P?2vy1?P＝0?? ? x 2 ? ? y 这里， ?y效

式中 vy——垂直方向胶料的分速度；

vx——水平方向胶料的分速度； P——胶料的压力；

μ效——胶料的有效粘度。参考上图。

在最大压力区域中， 即 为常数。把上式二次积分后得：

1?Px2vy????c1x?c2?效?y2当x＝－e/2时，胶料速度v＝v1，当x＝e/2时，胶料速度v＝v2。由于v2/v1＝f，故v2＝fv1。再利用边界条件分别求出积分常数c1和c2，代入前式，整理后得：

1?f1?P?2e2?vvy?v1???x????1?f?122?效?y?4?e按上式和胶料在辊距中的流速，可获得压力的微分方程式：

?P1?fe?e1??6?效v123?x2ee?ek对上式积分，便可求出加料对辊筒的单位横压力P：

?效?v1R1?f P ? 2.22 公斤/厘米 （2－6）

2ek

式中 P——单位横压力，公斤/厘米； ?——速比；

μ效——胶料的有效粘度,公斤·秒·厘米2； v1——前辊筒线速度，厘米/秒； R——辊筒半径，厘米； еk——辊距，厘米。

在应用（2－6）时，必须测得μ效的有效值。工程上，为简化计算引入一个剪切计算系数KP，KP＝f（τ）c，其中τ∝dv/dy，c为流变常数，故kP取决于胶料的性质和剪切速度梯度，在引入kP后（2－6）式可写为：

1?fP?Dk P 公斤/厘米 （2－7） ? ?

2式中 D——辊筒直径，厘米；

kP——剪切计算系数。

对邵氏硬度为55～65度的胎面胶，通过实测取得kP值如下：

实验用开炼机 kP＝26.5

塑炼（混炼）机 kP＝17.0

压片机 kP＝12.0 破胶机 kP＝23.5 3建立在相似理论基础上的横压力计算

以相似理论为指导，利用因次分析的方法，通过大量的实验，研究加料对辊筒的横压力。对加工混炼的开炼机，计算横压力的方程式总的形式如下：

y1z1k1PeLD??????xP1 ?c1B1??????3? D ? D ? D ? ? D ? ? （2－8） 2 k P ? ? y 2 ? L ? z e?D1? 2 x2Pc2?? ? D 3 ? M ? D ? D ? D ? （2－9）

? ?? ???

式中 PP——总横压力，公斤；

B——胶料的还原性； M——胶料的柔软性；

γ——加料比重，公斤/厘米3； D——辊筒直径，厘米；

L——辊筒工作部分长度，厘米； е——辊距，厘米；

c1、c2、x1、x2、y1、y2、z1、z2、K1、K2——计算系数。

利用上述方程，根据实验和曲线分布分析找出各计算系数，可相应的得到横压力的计算方程式。 对天然胶： 1.190.70.01?4.3P?40?DP L e B 公斤

1.190.70.01?0.8 P P ? 35 ? D L e M 公斤 对丁腈胶： 1.40.70.1?0.4P?c?DLeBP1 公斤

1.40.70.1?1.8P?c?DLeMP2 公斤

系数：丁腈－40 c1＝260 c2＝71 丁腈－26 c1＝180 c2＝54

对于其他牌号的橡胶也可求得类似的计算式。 五、横压力的确定

由于横压力是开炼机设计的基本参数，所以合理的选择横压力是十分重要的。 从前面的讨论中可见，从理论上准确的计算横压力是困难的。在设计时一般时所设计开炼机的规格和主要用途，根据实际资料选择单位横压力，再跟据辊筒工作长度去计算总横压力；另一种方法是按经验统计公式计算横压力，再对计算结果进行充分的分析对比，最后确定横压力，再一种方法是当所设计开炼机规格与所掌握的资料不符时，也可根据已知某种规格开炼机的横压力，按比例法拆算来考虑设计开炼机的横压力值。

横压力数值是用专门的测力计测量的，在实验研究中，为准确测取不同条件下的横压力，目前多彩用传感器、示波器系统测量和记录横压力。下图所示为具有三个传感柱销的测力计。柱销与测力顶盖3上的孔研磨配合，并感受胶料的压力。中央的

传感柱销与辊筒表面垂直，作用再弹簧环4上。环上贴有应变电阻丝，两旁的两个传感柱销6与辊筒2法向成30°角。感受材料的压力传递给弹性元件。而导向块7用于传感柱销导向。

§ 3－7 传动功率

传动电机功率是开炼机传动设计的一个主要依据。 一 、功率消耗的特点

1、在炼胶过程中，传动电动机的功率消耗是不均匀的。

在炼胶开始很短时间内达到最大值。其值常为工作数分钟后电动机负荷的2～3倍。这是由于炼胶开始时胶料为块状，弹性与硬度都较高，故必然消耗较大功率，随着炼胶时间的加长、胶料升温变软，功率消耗下降。如上右图所示。

υ65032100毫米开炼机，进行胎面胶混炼时，功率峰值达210千瓦，但其平均值还不足140千瓦。 2、消耗的功率大。

炼胶车间是整个橡胶厂消耗电能最大的车间，占整个厂的40％～60％。 二、影响功率消耗的因素

影响功率消耗的因素是多方面的，也是比较复杂的。如辊筒直径、转速、速比、辊距、一次容量、胶料性质、炼胶温度、加工方法等。

1、辊筒线速度增大后，增加了单位时间内胶料的过辊次数，即增大了胶料变形次数，这样变形功增大。但在辊速增高时，如胶温升高胶料变软，使功率消耗有所下降；然而，辊速增大后，功率仍有所上升，如下左图所示。

2、辊距对功率消耗的影响是复杂的，一般情况下，辊距增大，胶料通过辊距时的变形减少，变形功小，功率消耗下降。同时，由于辊距增大横压力下降多，引起摩擦扭矩下降，功率消耗下降。υ1603320毫米开炼机混炼时，辊距与功率的关系，如上右图所示。

3、胶料的硬度越大，功率消耗越大。如前图所示。冷胶块比预热70℃后破胶功率消耗增加30～40％。可见胶料温度越高，胶越软，功率消耗越小。

单台传动的开炼机传动功率如下表所示。 规格 毫米 30033003660 36033603800 400340031000 换算 系数 1.0 1.5 2.5 功率 马力 20 30 50 规格 毫米 450345031200 560351031530 600361032130 换算 系数 3.7 4.5 5.0 功率 马力 75 100 150

三、功率的计算

由于影响传动功率的因素颇多，到目前为止，还没有一个十分准确的计算方法来计算开炼机传动功率。下面简要介绍几种方法，供设计时参考。 1按辊筒旋转阻力矩计算

辊筒旋转时产生的阻力矩，有两个：一个使克服胶料变形的阻力矩；另一个是克服摩擦阻力矩。而总阻力矩： M＝M1＋M2 公斤?厘米

式中 M——辊筒旋转的总阻力矩，公斤?厘米；

M1——克服胶料变形的阻力矩，公斤?厘米； M2——克服轴承摩擦阻力矩，公斤?厘米。 克服胶料变形的阻力矩：

M1＝PPx??D?sinβ 公斤?厘米

式中 PPx?——横压力水平力，公斤； D——辊筒直径，厘米；

β——横压力合力角（10°）。 克服轴承摩擦阻力矩： M2＝（P＋G）·d·μ 公斤?厘米 式中 P——横压力，公斤； G——辊筒重力，公斤； D——辊筒直径，厘米； μ——轴承摩擦系数。 若两个辊筒平均转数为n（转/分），传动效率为η，则电动机功率为：

(M?M2)?n千瓦 （2－10） N?197400??

式中 n——两辊筒平均转速，转/分； η——机械传动效率（0.9）。

值得注意的，按（2－10）式计算的功率是最大值。实际选择电动机的功率应比上述计算值小1.5～2.0倍。

2、按胶料捏炼的流体动力学理论计算

捏炼的流体动力学理论认为：炼胶过程中功率消耗在克服胶料的剪切变形上，故可按混炼时胶料所产生的剪切应力来求出。

在变形轴的方向两辊筒的剪切应力按下述方程计算，参照上左图。 对慢速辊筒：

?3?1?f?????0??1?f????e/2??效?v1?? 2?e??e???

?3?1?f?????0??1?f??对快速辊筒： ??e/2???效?v1??2?e??e???

式中 μ效——胶料的有效粘度,公斤·秒·厘米2； е——辊距，厘米；

v1——慢速辊线速度，厘米/秒； ?——速比；

δ——无因次系数，（δ＝еk/е）； δ0——无因次系数，（δ＝е1/е）。

粘性摩擦力的阻力矩可按下式计算： 3?c1?k?an?v1n??1?f??R?R?LM?e/2? a1?r 3?c2?k?an?v1n??1?f??R?R?LM?e/2?a a2?r

总扭矩为：

26ckanv1n?1?f?RL M?ae

传动电动机功率按下式计算：

23Ekanv1n?1?f?RL N?ae

式中 a、a1、a2——计算系数，

1?fRt1

31?fRta1?a?

Le2Le

1?fRt2 a1?Le

L——辊筒工作部分长度，厘米； R——辊筒半径，厘米；

C1、C2、t、t1、t2、E——经验系数； K、n——流变系数。

系数a、E、k、n是根据具体条件决定的。为便于应用，这里令K＝3Ekan－1v1n－1，这样上式可写为功率的一般计算式为：

2 1 L （ 2－11） ? f Rv1N?K

e

式中 K——计算系数。

计算系数K与胶料的性质和加工工艺条件有关，可由实验来确定。当最小辊距为1.5毫米时，测得邵氏（A）硬度为55～65°胎面胶数值为：在塑炼、混炼、热炼时K＝0.023；压片时K＝0.021；破胶时K＝0.035。 3、按经验公式计算

N ? 92 L ? R 千瓦 （2－12） 式中 92——计算系数（天然橡胶）； L——辊筒工作部分长度，米； R——辊筒半径，米。

应指出（2－12）式对υ40031000毫米以上规格的开炼机都是适用的。 但对υ36039000.4毫米以下规格的开炼机计算结果是偏高的。规格越小，差距越大。 N?2.7vLD 千瓦 （2－13） 式中 v——前后平均线速度，米/分； D——辊径，米；

L——辊筒工作部分长度，米。 由（2－12）、（2－13）式计算的功率为开炼机平均功率，炼胶过程功率峰值较大，故它可以作为电动机的额定功率。

4、按相似理论的计算

????????（1）天然橡胶

20.60.1?0.2?4.5N ? 0.045??D L e f B （2－14）

20.60.1?0.2?0.9N ?0.038??DLefM （2－15）

（2）丁苯橡胶 2.30.60.1?0.2?0.7N?K??DLefB 1 （2－16）

2.30.60.1?0.2?2.5D N ? K 2 ?? L e f M （2－17）

其中 CKC－30 K1＝0.115；K2＝0.0145 CKC－10 K1＝0.084；K2＝0.0140 （3）丁腈橡胶

N?K1??D2L0.6e0.1f?0.2B?0.7 （2－18）

N?K2??D2L0.6e0.1f?0.2M?2.5 （2－19） 其中 CKC－40 K1＝0.11；K2＝0.0195 CKC－26 K1＝0.10；K2＝0.020 式中 N——功率，千瓦；

γ——胶料比重，公斤/厘米3； ω——辊筒回转角速度，1/秒； D——辊径，毫米；

L——辊筒工作部分长度，毫米； е——辊距，毫米； ?——速比；

B——胶料还原性； M——胶料柔软性。

上述公式的试验条件：辊筒直径D＝200～400毫米；辊筒工作部分长度L＝450～1050毫米；速比f＝1～3；辊筒线速度v＝6028～18米/分；辊距e＝0.6～2.5毫米；最初塑度为0.06～0.15。辊温t＝45±5℃；胶温为80±5℃。 四、功率的确定

由于影响功率的因素很多。上述计算方法都具有一定的局限性。但在某些条件下这样的计算又是可却的。因此，在设计时往往采用调查研究、分析对比的方法，把计算作为确定电动机功率的参考，综合各种条件最后确定电机的额定功率。

若有相同规格与型号的开炼机最好进行实际测量，根据测量结果，经过分析再选择电动机的功率。 五、电机的选择： 1.要求：

（1）启动力矩要大；（2）转速要恒定；（3）可以正反转；（4）有耐超负荷的特性；（5）封闭性能要好。 2、电机选择：

根据上述要求，一般选用Y、YR三相异步电动机。 § 3－8生产能力

1、定义：单位时间内开炼机的产量称为开炼机的生产能力。以公斤/小时表示。 2、开炼机生产能力计算： 1）常用开炼机的生产能力可按下式计算： 60q?Q?t 公斤/小时 （2－20）

式中 Q——生产能力，公斤/小时； q——一次加胶量，升；

γ——胶料的重度，公斤/升； t——一次炼胶时间，分。

在进行机台选择计算时，还应乘以设备时间利用系数a，一般a＝0.85～0.90。

一次加胶量是指开炼机一次炼胶的数量。一次加胶量是否合理不仅影响生产能力，同时影响炼胶的质量。合理的加胶量，可根据胶料全部包覆在前辊上并在两辊间存在有一定数量的积胶来确定。下边的经验公式可作为确定一次加胶量时的参考。

q?(0.0065~0.0085)DL 升 （2－21）

式中 q——一次加胶量，升； D——辊筒直径，厘米；

L——辊筒工作部分长度，厘米； 0.0065～0.0085——计算系数。 2）对连续作业的开炼机： 理论生产能力按下式计算：

Q ? 60 ? Dnhb ? 公斤/时 （2－22）

式中 D——辊筒直径，厘米； n——辊筒转数，转/分； h——胶片厚度，厘米； b——胶片宽度，厘米；

γ——胶料重度，公斤/厘米2。 实际生产能力，要乘以设备时间利用系数a。

3）对破胶机（或沟纹的洗胶机）其生产能力： Q＝F·L·β·i·γ

式中 F——辊筒沟纹间面积，分米2； L——沟纹长度，分米； β——填充系数，（0.7～0.8）；

ⅰ——快速辊筒角分钟通过间隙的沟纹数； γ——胶料重度，kg/分米3；

Q——角分钟的生产能力，kg/分钟。 3、影响因素：

从以上的分析公式可以看出，开炼机的生产能力与一次炼胶容量、辊筒规格D3L、辊距、炼胶温度、炼胶时间、操作方法等有关，

当q↑↓时，Q↑↓， 当D3L↑↓时，Q↑↓，

当辊距e（h）↑↓时，Q↑↓， 当t↑↓时，Q↓↑ ， 当v↑↓时，Q↑↓。

因此，在实际工作中，采用计算与分析对比相结合的方法来确定生产能力。

第四节 传动系统

一、传动型式

开炼机的传动系统的设计主要包括电动机、减速器、驱动齿轮和速比齿轮的选择与布置。传动系统设计直接影响开炼机的整体布置、结构型式、占地面积、加工制造和使用维护。为此，设计时要给予充分的重视。

开炼机的传动型式颇多，大体上按下述方法分类： 1、按一台电动机驱动开炼机的台数可分为：

单台传动——系一台电动机驱动一台开炼机，

成组传动——系一台电动机驱动2～4台开炼机。近年来，成组技术已很少采用，国内外生产的开炼机多为单台传动。

2、按电动机与开炼机的相对位置可分为：

左传动——电动机在操作人员左侧； 右传动——电动机在操作人员的右侧。 左、右传动开炼机性能不变。 开炼机常见的传动型式主要有：

图a所示为用异步电动机通过圆柱减速器的传动，采用圆柱齿轮减速器，制造简单，工作平稳无噪声，但占地面积大。

右图b所示为用异步电动机通过圆锥－圆柱齿轮减速器的传动，其整体布置下左图所示。采用圆锥－圆柱齿轮减速器，结构紧凑，占地面积小，但工作时易发生噪音，使用寿命较短。

图c所示为用异步电动机通过圆弧齿轮减速器的传动，其整体布置如下图所示。它的特点是采用整体机座，取消地脚螺钉，便于迁装。减少了占地面积，采用圆弧齿轮传动较少了噪音，结构简单。

图d 所示为用异步电动机通过行星摆线减速器的传动，其整体布置如下图所示。它的特点是取消了大小驱动齿轮，采用万向连轴节，减速比较大，但摆线齿轮加工困难，使用寿命低。

图e 所示为用铰链连轴节的传动，其整体布置如下图所示。它的特点是保证辊筒在单一受力状态下工作，传动主动轴轴线与辊筒轴线交角可达8～100。

图f为用双电动机通过圆弧齿轮减速器的传动，其整体布置如下左图所示。它的特点是取消了速比齿轮和大驱动齿轮。采用双电动机，通过减速器分别驱动二个辊筒，减速器与辊筒间用万向连轴节，结构紧凑，占地面积小，操作方便。

图g为用异步电动机通过圆锥－圆柱减速器的双台传动，其整体布置如下右图所示。它的特点是比较有效地利用车间占地面积。传动轴大大缩短，检修和操作都很方便。

在装有驱动齿轮的开炼机上，小驱动齿轮装在减速器的轴上或主轴上，而大驱动齿轮装在后辊筒的轴颈上，驱动齿轮的模数为18～22毫米，小驱动齿轮的齿数为18～20，大驱动齿轮的齿数多达100，传动比为4～6。

速比齿轮为满足辊距调整要求，大辊距的开炼机速比齿轮应采用渐开线长齿形，其全齿高h=2.5～2.6m，齿顶高h1=1.1~1.2m，齿根高h2=1.4m、齿宽b=12~15m(m－模数)否则，会由于辊距过大造成齿的啮合条件恶化，影响齿轮寿命。

二、传动电动机的选择

开炼机工作时负荷变动较大，又考虑到有时需要负载启动。混炼与压片时粉状配合剂飞扬易引起电动机短路，故对开炼机用电动机的要求是：

1．启动扭矩要大；

2．具有超负荷特性，要求Mmax/M额定为2～2.5倍以上； 3．能够正反转动； 4．转速要恒定； 5．制动性能要好；

6．混炼、压片机电动机应采用封闭型。

常用电动机为三相异步交流电动机。一般选用鼠笼式转子封闭自扇冷式异步电机，也有选用绕线式异步电动机的。后者启动性能比前者好。但可靠性差、价格高。前者结构简单。防尘启动性能虽然不如绕线型异步电动机来得大，但由于开炼机多用空车启动的，故启动性能可以满足开炼机的要求。

近年来，国外开炼机有采用低速同步电动机直接驱动的。它的优点是：功率因数高，不需配置减速器。它的缺点是：电动机成本高、体积大，操作与维护都不方便，故在国内产品中尚未采用。

第四节 主要零部件设计

开炼机的主要零部件包括：辊筒、辊筒轴承、调距装置、机架、安全刹车装置和挡胶板。

开炼机的使用特点和各主要零部件在炼胶机中的重要程度是不同的，实践证明，安全系数的选择原则是：安全垫片（1.5）<辊距调整螺母（2.0）<辊距调整螺杆（2.3）<辊筒（2.5～3.1）<机架上的横梁（4.0～5.0）<机架（5.0）。 注：括号中的数值为推荐的安全系数。 下面具体的介绍各个主要零部件。 一、辊筒 （mill roll ）

(一)作用：辊筒是开炼机的主要零部件。在工作过程中，它直接与胶料接触，对胶料产生挤压和剪切作用。因此，它的结构及质量将直接影响炼胶的效果和开炼机的使用寿命。

(二)要求：由于辊筒对胶料挤压和剪切作用。所以辊筒也受到胶料对辊的挤压、摩擦、弯曲以及化学腐蚀和热应力的作用。同时还要受到传动系统输入的扭矩作用，其受力状态比较复杂且负荷又大。根据其受力特点一般对辊筒有下列要求：

1.要具有一定的机械强度、刚度，能承受胶料的作用力；

2.辊筒的工作表面要有较高的耐磨性和耐腐蚀性，且表面硬度不低于肖氏650； 3.从结构上来讲，具有合理的几何形状，防止应力过度集中； 4.具有较好的导热性能，便于胶料的加热和冷却； 5.制造工艺简单、造价低；

6.直径误差为1～0.5mm，表面光洁度为3.2～1.6，出厂检验一定要保证辊径有正的偏差。

（三）材料：根据以上要求，一般选用冷硬铸铁作材料，它的特点是内部韧性好，强度大，表面层的组织硬、耐磨损、白口层的硬度不低于肖氏650。白口层的深度可根据其规格而定，一般Φ160mm，取深为3～12mm，Φ550～650mm，取深为6～25mm，硬度过高或白口层太深都会增加辊筒的脆性，影响其机械强度。 冷硬铸铁辊筒的化学成分如下表： 序 号 1 2 3 4 化学成分 ％ C 3.2~3.7 3.4~3.6 3.0~3.2 3.03~3.77 Si 1.4~1.8 0.5~0.7 1.0~1.5 0.7~0.8 Mn 0.6~1.2 0.2~0.4 0.5~0.8 0.5~0.7 P <0.20 0.4~0.6 0.3 <0.5 S <0.10 <0.15 0.05 － 冷硬铸铁辊筒的物理机械性能如下：

灰口部分的抗拉极限不低于2000公斤/厘米2； 灰口部分的抗弯极限不低于4000公斤/厘米2； 灰口部分的压缩强度为14000公斤/厘米2； 灰口部分的弹性系数为10500公斤/厘米2； 白口部分的弹性系数为14000公斤/厘米2；

辊筒在对称循环下的弯曲极限强度为1400公斤/厘米2.

近年来，也开始采用铬钼合金或低镍铬合金，以提高辊筒的机械强度。国外两种均采用金属离心浇铸的方式铸造。合金辊筒的化学成分见下表：

序号 化学成分 ％ C Si Mn P 0.55 0.55 S <=0.12 Ni － Cr 0.2~0.3 0.2~0.3 Mo 0.2~0.4 － 1 3.3~3.8 0.4~0.8 0.3~0.5 2 3.3~3.8 0.4~0.8 0.3~0.5 <=0.12 0.4~0.8 3 3.3~3.8 0.5~0.8 0.3~0.5 0.45~0.55 <=0.12 4 3.25~3.4 0.5~0.7 1.25 <=0.05 － 0.15~0.25 1 0.2~0.4 － <=0.05 3.5~4.5 （四）结构和分类：

1.结构：见下图，辊筒主要由直径为D的工作部分（称为辊筒体）；直径为d1的支持部分，称为辊径和直径为d3的传动部分组成。

轴径部分与辊筒轴承相连，且在轴承中回转；联接部分与速比齿轮和大驱动齿轮相连接；内部有调整温度的空腔。

2、各部尺寸：根据经验资料确定，一般以工作部分的直径D为基础而得到： 辊筒工作部分长度 L=(1.3~3.2)D 辊筒内径 d=(0.55~0.70)D 辊颈直径 d1=(0.65~0.70)D 辊颈长度 l1=(1.0~1.2) d1 辊筒传动部分直径 d3=(0.85~0.95)d1 辊筒传动部分长度 l3=(1.06~1.10) d3 3.分类：

①其分类方法主要根据辊筒的表面形状。一般分为： a.光滑圆柱辊筒（圆柱面）：用于塑炼、混炼、压片、热炼（用于热炼和压片的辊筒，为了提高炼胶效果，前辊为光滑的，后辊为带沟纹的，沟纹螺旋角为40，深度为4mm，宽为20mm。） b.光腰鼓辊筒（凹凸）：用于再生胶精炼 c.带沟纹的辊筒：破胶、洗胶

②按加热冷却形式来分：中空式、钻孔式

③按加热介质来分：电加热、蒸汽加热、油加热、恒温水 ④按前后辊筒直径是否相同来分：同径、异径

辊筒圆周钻孔冷却加热流道过去主要用于压延机辊筒。

近年来，越来越多的国家在开炼机上采用钻孔流道的辊筒，据介绍，大多数情况下，后辊筒为中空的，而前辊筒为钻孔的，这有利于控制混合物的温度及调节操作条件。 （五）辊筒的受力分析

开炼机的辊筒工作时受有较大的横压力、摩擦力、温度应力、大小驱动齿轮和速比齿轮的作用力。由于胶料横压力的作用，辊筒要承受弯曲应力，由于胶料的摩擦力和轴承的摩擦力作用，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。

由于辊筒内外温度差而引起的温度应力和冷硬铸造产生的内应力都对辊筒强度有影响，在精确计算时都应考虑。担内应力因计算困难，一般可在安全系数中考虑即可。

辊筒在工作状态下的负荷如下图所示。 1.胶料对辊筒的横压力 Pp=p·L 公斤 Ppx=Pp·cos ? 公斤 Ppy＝Ppsin ? 公斤

? 式中Pp——总横压力，公斤；

? P——单位横压力，公斤/厘米；

? Ppx，Ppy——横压力的水平分力，垂直分力，公斤。

2.驱动齿轮的作用力

大小驱动齿轮在传动过程中，齿轮间便产生相互作用的力（如上图所示）：圆周作用力P的方向与节圆相切；径向作用力T的方向与齿轮的半径方向一致。

大驱动齿轮圆周作用力：

P＝ 2 M k 公斤 d1式中Mk——作用在大驱动齿轮上的扭矩，公斤厘米； d1——大驱动齿轮的节圆直径，厘米。

这里应指出：经电动机、减速器、大驱动齿轮传来的扭矩，是供前后辊加工胶料的需要，故由前后辊筒共同承担。

即 Mk＝Mk1+Mk2公斤厘米 Mk1=97400 公斤厘米 Mk2=97400 公斤厘米

式中 Mk---大驱动齿轮的扭矩，公斤厘米；

Mk1、Mk2——前、后辊扭矩，公斤厘米； N1、N2——后、前辊消耗功率，千瓦； n1、n2——后、前辊转数，转/分。 在炼胶时可粗略地认为Mk1＝Mk2

圆周作用力的水平分力和垂直分力分别为： Px＝P·cos ?公斤 Py＝P·sin 公斤? 式中 ——。 ?大小驱动齿轮轴线与垂直线偏移角（一般 ＝?15～20） 径向作用力按齿轮的种类计算。 3．速比齿轮的作用力

在炼胶时前辊筒的扭矩是通过速比齿轮传动的。当速比很小时，可近似的认为：两辊筒的扭矩相等，速比齿轮的扭矩之和即为大驱动齿轮扭矩Mk。

???? Mk＝M＇k1+M＇k2

式中M＇k1——后辊筒速比齿轮的扭矩，公斤－厘米； M＇k2——前辊筒速比齿轮的扭矩，公斤-厘米。 圆周作用力：

2M' P1＝ 公斤

d1

式中d1——后辊筒速比齿轮节圆直径，厘米。 径向作用力按齿轮的种类计算。 4．重力

速比齿轮（后辊筒）重量：G1 辊筒重量：G2

大驱动齿轮重量：G3

(六）辊筒的强度计算 辊筒的强度计算包括：支反力、弯矩、扭矩和危险断面强度的计算。在计算时，虽然前后辊筒工作条件相似。为安全起见，看做后辊筒沿全长传递全部扭矩。此外，它的一端要承受驱动齿轮的作用力，另一端又承受速比齿轮的作用力，其工作条件较前辊恶劣。所以，一般只对后辊计算就可以了。 1．辊筒支反力的计算

计算辊筒的支反力是分别求出水平方向和垂直方向的，最后合成。 （1）水平方向支反力

)0两个方程式。分别计算RBx和RCx： ?从图可见，后辊筒受力为平面平行力系，故可建立 ? ( P )＝0和 ( M ＝

RCx＝ 公斤

x?xpx1

k1RBx＝ 公斤

（2）垂直方向支反力

1pxxxRCy＝ 公斤

RBx＝ 公斤

yy3py211（3）合成支反力 22R分别按下式计算：RB＝ Bx ? R By 公斤

22RCx?RCy RC＝ 公斤

2． 辊筒弯矩和弯应力计算

这里以辊筒中部为计算断面，其最大弯矩为： 11py2yy3 M=R·b/2-p·L2/8公斤·厘米 式中 R——支反力，公斤；

b——辊筒轴承间的中心距，厘米； p——单位横压力，公斤/厘米； L——辊筒工作部分长度，厘米。

按上式分别计算水平面和垂直面弯矩Mx、My。再以M＝ 2 2 计算出合成弯矩。并绘出弯矩图。

Mx?My这样对空心圆柱辊筒的最大弯应力：

M

W?公斤/厘米2

W

式中 W ——辊筒计算断面最大弯应力，公斤/厘米2； M——辊筒计算断面最大弯矩，公斤·厘米； L——抗弯断面系数，厘米3。 ?D3H4T(a?b)?R?b2?(T?P)?cb?(P?T?G)(b?c)?(P?G)b2?(P?G)?abb(PT)(b?c)?P??Ta2b?(P?G)(a?b)?(P?G)b2?(P?T?G)?cb??32?(1??)0.1D3H（1－?4）

16

4．辊筒的强度计算

根据辊筒的受力状态，是属于弯曲与扭转联合作用下的复合应力。根据力学中的强度理论，可按修正后的第二强度理论计算工作应力。 1??1??22???W??w?4? 22

式中 ? ——泊松比，对铸铁＝0.33； ? w ——最大弯曲应力，公斤/厘米2； ? ——最大扭转剪应力，公斤/厘米2； 5.在所选择的截面上，辊筒的强度应满足的条件 [ ] ???

根据辊筒的工作条件，可视其受对称循环载荷。以疲劳极限为基础，其许用应力按下式计算： [ ? ]＝ ??1 n式中 ? ? 1 ——材料的疲劳极限，公斤/厘米2； n——安全系数。 (七）温度应力及其对强度的影响

辊筒的温度应力是由于辊筒内外表面的温度差产生的。机械应力和温度应力同时作用于辊筒。若此二部分应力迭加后超过材料的许用应力时辊筒就会产生破坏。故考虑温度应力对辊筒强度的影响时，其强度条件应符合：

机温?【?】

式中 机 ——辊筒的机械应力，公斤/厘米2； 温 ——辊筒的温度应力，公斤/厘米2； ? [ ? ] ——辊筒材料的许用应力，公斤/厘米2；

图2－34所示为辊筒的温度应力状态。当辊筒受热后，辊筒就要发生膨胀。但由于内外表面温度不同，膨胀也不同。当内部冷却时外部伸长大而内部伸长小。就整个辊筒而言，外部的伸长受内部限制，而产生压应力；反之内部则产生拉应力。可见温度应力的产生是由于热膨胀受到限制而引起的。在辊筒内取一小单元体，这个单元体在受热时便产生膨胀，同时这一膨胀在三个方向受到限制。故它的主应力为三向应力，即环向应力，轴向应力和径向应力。如图2－35所示。

W＝ ＝

其中 DH——计算外径（DH＝D－2），厘米； ? ——白口层厚度，厘米； ? ——内外径比，（d/DH）。 3.剪应力计算 Mk?? W p 公斤/厘米2

式中 Mk——辊筒计算断面最大扭矩，公斤·厘米； Wp——抗扭断面系数，厘米3。

3 Wp＝ ? D H 4 ＝ 0.2D 3 H 1 － 4 ） 厘米3 （?(1??)?＋??

因径向应力对机械强度的影响不大，而环向应力与扭矩引起的剪应力相迭加。但剪应力大大小于弯应力，故在计算温度应力的影响时可忽略。可见，真正对强度有影响的是轴向应力。 温度应力按下式计算：

?E(tB?tH)12R2?zH?(?)222 2 (1 ? ? R)lnR?r 公斤/厘米

r式中 R——辊筒外半径，厘米； r——辊筒内半径，厘米； ? ——线膨胀系数，铸铁 ? ＝1310－51/0C； E——弹性模数，铸铁E＝1.23106公斤/厘米； tH——辊筒外表面温度0C； tB——辊筒内表面温度0C；

?——泊松系数，铸铁 ? ＝0.33；

?在炼胶机正常操作时，辊筒内部通水冷却。因而，温度应力 2 使外层受压。内层受拉。在外层：由弯矩引

起的拉应力为 ；由温度引起的压应力为 。 弯H?2H

则总应力： 总 H ＝ － ? 2 H?弯H

可见，考虑温差应力后更加安全。

zB在内层：由弯矩引起的拉应力为 弯 B。由温差引起的拉应力为 ? 。则总应力：

? 总 B ＝ ? 弯 B ＋ ?zB

可见，考虑温度应力后，工作应力增加，因为需要进行强度校核。

总B这样，辊筒内层的强度条件： ＝ 弯 B ＋ zB

????????[?]第三章密炼机（Internal Mixer）

第一节 本章的教学目的、要求、重点、难点及相关要求

§1－1 本章的教学目的和要求

通过本章的学习，使同学们掌握密炼机的主要用途、分类方法及每种类型密炼机的特点、工作原理、每个部分作用、主要结构及设计过程，特别是转子等主要零部件设计思路和方法，熟悉机台操作方法及相关特点，了解关键部件加工方法，培养在橡胶机械生产过程能独立设计密炼机和在橡胶加工过程中能自己正确使用和指导工人正确使用密炼机的工程技术人员。

§1－2 本章的重点、难点及要求

重点：密炼机的工作原理、主要参数及其影响、转子等关键部件设计思路和方法、同步转子的特点。

难点：机台各部件结构及原理、转子等关键部件的设计、参数的选用、机台主要部件的加工安装方法。

要求：（1）要求同学们掌握密炼机的用途，分类方法，工作原理，转子等关键零部件加热冷却方式、转子及主要

零部件的结构及其区别，上顶拴压力、填充系数、空容量、总容量、工作容量等概念以及它们之间的相互关系。转子及主要部件设计计算方法，受力分析及相关结构，胶料在混炼室中所受到的机械作用。

（2）要求同学们熟悉塑炼、混炼各自的优缺点，密炼机基本结构，操作方法，规格表示及主要技术特征，关键零部件的设计过程，设计过程中的参数选择，传动方式及电机的选择。

（3）要求同学们了解啮合型密炼机、翻转密炼机等其他各种密炼机的特点，传动功率、产量的计算方法及其区别，密炼机组装过程。

（4）要求同学们自学课堂上未讲的书本内容。

第二节 概述

§2－1 密炼机的发展方向

密炼机全称叫做“密闭式炼胶机”，是在开炼机的基础上发展起来的。1820年发明开炼机以后，使橡胶工业发生了根本的转变，但由于开炼机存在许多缺点，比如劳动强度大，效率低，粉尘大等，严重影响人的身体健康，于是人们开始考虑能否把这一加工设备用一个罩子把它罩起来，就逐步发展成密炼机。因为它在密炼室里面工作，所以称作密闭式。由于开炼机工作是敞开的，故叫做开放式炼胶机。一般介绍均认为密炼机是Banbury在1916年发明的，实际最早是由西德W&P公司的一名商业工程师（英国人）根据该公司的原型机台设计的，由于其发展较快，产量也大应用较广，故人们一直认为Banbury密炼机是最早问世的。

自从出现密炼机后，在混炼过程中显示了比开炼机具有的一系列优点，如混炼时间短，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。由于它在很大程度上是凭经验发展起来的，因而在发展早期曾出现过认为塑炼效率低，不能用它来塑炼的说法，但已经为生产实践所否定。因此，密炼机的出现是炼胶机械的一项重要成果，至今仍然成为塑炼和混炼中的典型设备，并处于不断发展完善中。据国外资料统计，在橡胶工业中有88％的胶料是由密炼机制造的，塑料、树脂行业亦广泛应用密炼机。

现代密炼机发展的标志之一是高速、高压和高效能机台。通常将转子转速为20rpm的称为低速密炼机，30～40rpm的称为中速密炼机，60rpm以上的称为高速密炼机。

近年来，出现了转速达80rpm甚至更高的密炼机，亦有对工艺和效能有广泛适应性和处理手段的双速、三速、变速密炼机，也有转子速比可调节的密炼机。其操作时间大大缩短，从过去慢速机台的8～15min缩短至1.5～3.5min，甚至有的达1～1.5min（包括采用密炼法与补充混炼法配合的工艺过程等）。

密炼机的结构也在不断发展。密炼机工作过程及整个机组的机械化、自动化水平也在不断提高，采用了程序控制，现在大型引进机台均采用计算机控制。

总之，此种发展是在大大强化混炼过程，提高机台效能，减轻体力劳动和改善工作环境等。

在这种剧烈的混炼过程中，当然会带来许多新问题，因此，对机械研究设计来说，从机台的捏炼系统、冷却系统、密封系统、加料及压料系统、卸料系统、传动系统、控制系统、主要零部件、材料到各种参数的技术决定以及理论，都需要相应的发展，以使机台性能优良，为生产过程提供可能的适应性和调节性。

我国密炼机发展状况是：解放前是空白，解放后国产密炼机逐步发展起来了。我国第一个制造密炼机的厂家是大连橡塑机厂，首先仿苏生产了PC－2 140/20L密炼机，现在改为250L、75/40L密炼机。然后上海等地逐步也生产这些机台，如250/20/40，75/30/60，75/35/70，以及50L密炼机。近年来又仿照F系列密炼机生产F080，F160，F270，均已出口。另外又给日本生产翻转式50L、70L密炼机。益阳橡机厂又从西德引进GK系列技术生产GK系列密炼机。F系列、GK系列是当前世界两大先进系列密炼机。国内橡胶大厂均有引进。我院一直在研究密炼机，销钉转子、销钉混炼室密炼机等。

密炼机发展方向：“二大”、“二高”、“一低”，即大规格（大容量）、大功率，高速、高压，单位能耗低，主要问题：端面密封。

§2－2 密炼机的用途及分类 一、 用途

主要用于橡胶的塑炼和混炼，同时也用于塑料、沥青料、油毡料、合成树脂料的混炼。它是橡胶工厂主要炼胶设备之一。七十年代以来，国外在炼胶工艺和设备方面虽然发展较快，例如用螺杆挤出机代替密炼机和开炼机进行塑炼和混炼，但还是代替不了密炼机。新的现代工厂中的炼胶设备仍以密炼机为主，混炼方法也仍采用两段混炼法。 二、 分类

密炼机分类方法较多，主要有以下几种方法：

1．按转子端面形状不同（Rotor Section Form）

本伯里型（Banbury）过去D型，现在F型（二棱、四棱）

椭圆型转子密炼机 过去叫做GK－UK型 GKN 非啮合切线型 GK型

GKE 啮合型 圆筒型（二棱、四棱） 圆筒型转子密炼机 肖氏（Francis shaw）、K型

三角型转子密炼机

相切型，切线型 2．按转子啮合与否（Intermeshing）

啮合型，联锁型

3．按转子转速不同 （Rotor Speed）

慢速 以XM－250为例 ≤20rpm 中速 以XM－250为例 30～50rpm 高速 以XM－250为例 ≥60rpm

转速与其它机械相比，纯属低速范围，但对炼胶作业来讲却是高速了，因炼胶要消耗大量能量，产生大量热量，这两点都限制转速范围。

单速

4．按转子转速变化与否 双速 转子具有两个速度

变速

普通型 四棱、两棱 5．按转子外表面结构来分 销钉型转子 特殊型 螺旋型 普通型

6．按混炼室结构来分 特殊型 销钉密炼室

翻转密炼室

大容量（规格）密炼机370L

7．以密炼机的容量来分 中容量80－270L 试验用密炼机在10L以下 小容量10－50L

异步转子 8．按转子速比 同步转子

§2－3 生产厂家 一、 国外

目前世界各国生产密炼机的厂家较多，产量较大，但具有竞争能力的仍是以下三家：

1． 美国 Farrel Birminghan Co. 法勒尔2伯明翰公司 D型和F型为其首创； 2． 西德 Werner&Pfleiderer Co.（简称W&P公司）维尔纳2普弗莱德瑞尔公司，GK-UK和GKN/GKE系列为其

首创；

3． 英国 Francis Shaw Co. 弗兰西斯2肖公司，K型属于首创 此外还有日本的Kobe Steel 神户制钢所研制的BB型、D型、F型；意大利伯米尼Pomini公司；西班牙的Guix Co.魁克斯公司的挑担式GK和F结合；苏联布尔什维克厂PC型、椭圆型；意大利依2科未里奥公司Comerio Ercole SPA，MA型密炼机为其独创，1936年生产并取得专利。 二、 国内

解放前我国不能自己生产密炼机，当时国内橡胶厂也没有使用密炼机的，橡胶作业完全靠开炼机。解放后，五十年

代我国从苏联、捷克等社会主义国家进口了一批中型密炼机（11）,此后我国橡机制造厂逐步走向自主设计制造阶段。目前，国内不少厂家生产各类型密炼机，并有部分出口。

大连橡塑机械厂：最早生产国产密炼机的厂家，引进苏联图纸。目前国内橡胶厂大部分都是采用的该厂产品，1986年已仿制出F270L密炼机。 益阳橡机厂：是60年代我国新建的大型橡机厂，也生产了不少密炼机。最近从西德引进GK型密炼机制造技术，1987年已生产出GK270密炼机。 上海橡机厂（原茶陵机器厂）：是生产中型密炼机的工厂，其产品质量好。 上海橡机二厂：生产中小型密炼机

西亚机器厂： 中小 其特点是用行星减速机 天津 机厂： 中小

天津电工机械厂： 中小 桂林 机厂： 中小

此外还有不少塑料机械厂、轻工机械厂生产密炼机。 §2－4 规格与技术特征

1 规格：过去采用混炼室的工作容量和主动转子转速表示。 现在采用混炼室的总容量/主动转子的转速表示。 国产密炼机的规格表示法：XM-250/20 XM-75/35╳70

美Banbury密炼机，过去D型：3D,9D,11D,27D

现在F型：F40,F120,F270,F620 西德W＆P密炼机，过去：GK-UK,GK-50UK ,GK-160UK 现在：GK-N, GK-90N,GK-270N

GK-E ,GK-90E,GK-270E

英Franis Shaw密炼机：K0 K1 K2 K5 K6 K7 K2A K4 K8 K10

1.8 5.3 18.8 132 189 351 45.5 84 475 915

苏联布尔什维克 250-20，250-30，250-40 2技术特征 见书P15表1-10

1〉 混炼室总容量分 容量，工作容量的区别

2〉 电机功率 随转子转速不同而异 转速提高一倍电机功率增加1~4倍

3〉 转速 小规格转速高，大规格转速低，以便胶料能经受同样的剪切速率与剪切应力 4〉 冷却 消耗量很大 §2－5 基本结构 一 整体结构组成：

密炼机的结构，一般是由六个部分五个系统组成的，六个部分指的是：

1〉 混炼部分mixing section（包括转子rotor、混炼室mixing chamber、密封装置dust stop、转子轴向调正

装置、轴承bear） 2〉 加料部分 Feed module section

3〉 压料部分Pressure ram section 不加压胶吃不进 4〉 卸料部分 Discharge section

5〉 传动装置部分Drive section 耗电1.7e-30KW相当100W灯泡300个 传动比大电机上千转，转子几十转，转

子20rpm I=75

五个系统：1〉加热冷却系统 Heating＆cooling system 2〉气压系统 Compressed air sestem 3〉液压系统 Hydraulie system

4〉电控系统 Elestric controller (system) 5〉润滑系统 Lubrication 二 每个部分组成及作用 (1) 混炼部分

混炼部分主要有转子、混炼室、密封装置等组成，从图上可以看出，主要有上、下机壳 6、4，上、下混炼室7、5，转子8，密封装置（图上看不见）等组成，下机壳4用细栓固定在机座1上，上机壳6与下机壳4用细栓紧固在一起。上、下机壳内分别固定有上下混炼室7和5，上、下混炼是带有夹套（新型密炼机采用钻孔冷雀，不必

#

带有夹套）可通入冷却水（当用于炼胶时 现在新型的密炼机通入恒温水）或通入蒸汽（当用于炼塑料时）进行冷却或加热，转子两端用双列圆锥滚子轴承安装在上、下机壳中，两转子通过安装在其颈部的速比齿轮的带动，在环形的混炼室内做不同转速的相对回转，上、下密炼室内表面及转子工作部分的突棱及全部椭圆行外表面均堆焊硬质合金，提高硬度，以增加使用寿命。

为了防止炼胶时粉料及胶料向外溢出，转子两端设有反螺纹与端面接触式自动密封装置（或其它各种形式密封）。密封装置的摩擦面用油泵强制注入干油进行润滑（国内这一点较差）。干油泵由前转子带动，调节油泵摇杆的长度和油泵活塞的细钉，可调节油泵的供油量。这一部分是密炼机的核心部分，其主要作用是对胶料进行混合、剪切、捏炼。 （2）加料部分

它主要右加料室和斗形的加料口以及翻板门（加料门）11组成，加料门（翻板门）的开关由风缸带动，安装在混炼是的上机壳6上面，在加料口上方安有吸尘罩，使用单位可在吸尘罩上安置管道和抽风机，以便达到良好的吸尘效果。加料斗的后壁设有方形孔，根据操作需要可将方形孔盖板拿掉，安装辅助加料管道，一般安装炭黑管道，自动加入炭黑，在侧面右一小圆孔，以便安装自动注油管道。 这部分作用主要是用于加料和瞬间存料。 （3）压料部分：

它主要由上顶栓9和推动上顶栓做上、下往复运动的气缸14组成，各种物料从加料口加入后，关闭翻板门（加料门）由气缸14操纵上顶栓将物料压入混炼室中，并在炼胶过程中给物料一定的压力来加速炼胶过程。

它的主要作用：给胶料一定的压力，加速炼胶过程，提高炼胶效果。

如果不加压，胶料就吃不进去，等于开炼机一样，效率较低，加压后，使胶料能较顺利进入转子之间进行混炼。 上顶栓与物料接触的表面，堆焊耐磨合金，增加耐磨性，上顶栓内腔通冷却水冷却，新型现在没有。 （4）卸料装置部分：

主要由安装在混炼室下面的下顶栓3和下顶栓锁紧机构2所组成，下顶栓固定在旋转轴上，而旋转轴由安装在下机壳侧壁上的旋转油缸17带动，使下顶栓以摆动形式开闭。

下顶栓锁紧机构2主要由一旋转轴和锁紧栓所组成。锁紧栓之摆动由往复式油缸16新驱动。在下顶栓上装有热电偶，用于测量胶料在炼胶过程中的温度。

所以它的主要作用，就是在炼胶完毕后排除胶料，也就是卸料。下顶栓内可通冷却水冷却，下顶栓与物料接触的‘?’形表面可堆焊耐磨合金，增加其耐磨性。 （5）传动装置部分；

主要有电机22，弹性连轴节21，减速机20和齿形连轴节19等组成。安装在传动底座上，其作用传递动力，使转子克服工作阻力而转动，从而完成炼胶作业。 （6）底座

主要有机座而组成。有的分为主机底座和传动底座。

其作用使供密炼机使用，在其上安装主机和传动系统的部件。 （7）加热冷却系统

作用：根据工艺要求，控制炼胶过程中胶料的温度

主要由管道和分配器等组成，以便将冷却水或蒸汽通人混炼室、转子和上、下顶柱等的空腔内循环流动，以控制胶料的温度。从国外引进的密炼机加热冷却系统配有温控装置，采用恒温水加热冷却。采用恒温水主要优点表现在（1）消灭水露，减轻胶料打滑。因为在炼胶作业中要有放出大量的热，同时要保证一定的温度。当室温一高，混炼室中形成蒸汽，当室用冷却水冷却，就会形成水露，附在混炼室内壁上和转子表面上。这样就会降低胶料与金属表面摩擦系数，形成打滑，降低了炼胶效果。（2）保持恒定的橡胶的摩擦系数提高产品质量。橡胶的摩擦系数是随着金属温度变化的，温度越低，摩擦系数越小。在混炼作业中，突然加入冷却水，使橡胶接触的金属温度太低，就会在冷却的表面打滑。要实现良好的混炼和获得分散度较均匀的质量，必须使剪切应变能施加到混合物上，而只有胶料被夹着，不打滑才能实现，所以片面采用冷却水或冷却水温度较低对密炼室却是不利的。（3）采用恒温水，可以大大降低设备上的热应力，延长机体寿命。

采用恒温水循环冷却后，可以发现 （1）消灭“露水”，可缩短混炼周期50％（2）峰值功率降低，能耗节省10—20％（3）减少冷却水消耗可

达80％（4）大大降低设备的热应力，延长机体寿命（5）改善混炼胶的分散度（6）增大填充系数（7）消除许多操作误差（8）保持每批胶料之间的均匀性（9）为配方人员提供控制参数的新方法

国外引进密炼机全部采用温水循环冷却，常温控系统。国内正在研究，当前只有我院我们实验室研究，我们实验室已制造出十几，在全国各大橡胶厂使用，效果很好。同学们回厂后，如想要，可与我们取得联系。 （8）液压系统

主要由一个双联叶片油泵15，旋转油缸17，往复油缸16，管道和油箱等组成。它是卸料机构动力供给部分。用于控制下顶栓及下顶栓锁紧机构的开闭。 （9）气压系统（图上未注）

主要有气缸14，活塞13，加料门的气缸，气阀，管道和压缩空气等组成。它是加料，压料机构的动力供给部分。用于控制上顶栓的升降，加压及翻板门的开闭。 （10）电控系统

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。 （11）润滑系统

主要由油泵，分油器和管道组成，目的是为了使各个转动部分（如旋转轴、轴承、密封装置的密封环摩擦面等）减少摩擦。增加使用寿命，向这些摩擦面注入润滑油。

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，延长其使用寿命。

第二节 工作参数与原理

2－1 工作原理

在混炼室内，生胶的塑炼和混炼胶的混炼过程，比开炼机的塑炼和混炼要复杂的多，物料加入混炼室后，就在由两个具有螺旋棱的，有速比的，相对回转的转子与混炼室壁、上、下顶栓组成的混炼系统内受到不断的变化的反复进行的强烈剪切和挤压作用，使胶料产生剪切变形，进行了强烈的捏炼。由于转子有螺旋棱，在混炼时胶料反复地进行轴向往复运动，起到了搅拌作用，致使混炼更为强烈。胶料在混炼过程中，其经受流动和变形的混炼作用是很复杂的，下面将进行讨论。

密炼机转子的形状不同，其作用情况是不同的，下面我们主要椭圆型转子密炼机的工作原理。 我们先对混炼过程进行分析： （一） 工作原理

混炼原理是把生胶看作分散介质（液相），配合剂看作分散相来讨论的。

混炼－就是使配合剂分散在橡胶中。如何把配合剂分散在生胶中，主要看生胶的湿润能力及表面张力也要看配合剂是否易被打湿。

从工业上－可增加 表面活性剂入硬脂酸等，以帮助湿润配合剂。

从机械上－必须以一定的作用力，以便将配合剂混入生胶中，并破坏其聚集体。 [1]混炼过程：包括一下一些基本步骤：

1 细分:break 将较大的配合剂团块或聚集体再进一步粉碎,分细. 2 混入(捏炼)intermix, blend, incorporation

将粉状或液态物料混入橡胶中形成粘结块(需要较长时间),要使配合剂混入，首先必须使块状橡胶变形，以形成与填充剂接触的新界面.此界面形成的方式，从理论上分析有两种。

a在低速下拉伸橡胶时,它可像液体一样的流动。被充分拉伸后，填充剂就会粘着在新生的界面上。然后，橡胶收缩将粘着的填充剂包围起来，并形成一个整体，就像把橡胶的棱边拉伸、包卷，再拉伸等，最后在挤压下形成一个整体。其模型，如下图

b在高速下，使橡胶变形时,它呈现固体性质,即发生脆性破坏而成粒状.这些新生成的胶粒表面上就布满了填充剂接着就在压力下,结合成一整体,成为块胶料.其模型如下:

由于天然胶强度大,尤其在采用 式慢速密炼机时,其混入方式显然属于a)型.而丁苯胶,顺丁胶,乙丙胶等所谓干酪状 (与天然胶相比),在密联机转子转速达到某种程度以上时,即不能发挥其弹性,就可能出现b)的形式.(有人做过实验,充油丁苯与顺丁胶并用进行混炼,化1.3kg胶,在混炼初期竟被分剖成1800 表面布满碳黑的颗粒.但再进一步混连结合为30块胶料,再进一步混炼,则成为一个整体了.

由此可见,b的方式简单又有效.故近代的高速密联机是较理想的混入设备. 3分散(微观分散,分散混炼)Dispersive Mixing

在混入阶段,虽然填充剂混入橡胶中,并形成了一个整体,但填充剂的粒子仍为较大的团聚体(二次汇聚体).要使这些由范德华力(附聚力)而结合的二次汇聚体破坏,则需施加一定外力.由于混炼胶的粘度和转子转速的影响,在填充剂粒子中产生了牵引力(即剪切力),一旦这个力超过了填充剂二次汇聚体的汇聚力后,填充剂就逐渐分散开来,生成的各个粒子(碳黑一次汇聚体)就沿着橡胶滚动的方向而移动.

因此在分散阶段,需要一定的剪应力,以便破坏聚集体,若剪应力小于附聚力,则分散难于进行.对于非牛顿流体

最大剪切应力:

τ

max=η

1

?mt η1 –胶料粘度

最大剪切速率: ? max=?t= m –流变常数 ??Dnh

t -转子棱 处剪切速率 n-转速 h-间隙

则τmax=η1 (πDn/h)

m

由式可见,增大转子直径,转速,减小间隙,均可提高剪切应力,从而提高分散的速度。 4简单结合(单纯混合,宏观分散分布混炼)

将粒子从一点移到另一点,并不改变其物理形状和大小,主要是使物种进一步分散均匀.

均匀化需要使胶料如在开炼机上那样往复捣动(用人工或翻胶装置),在密炼机中则主要考转子螺旋突棱的作用使其在混炼室中往返运动.当剪切应力一旦超过破碎填充剂二次聚集体的吸附力之后,填充剂的分散就与剪切应力无关,而决定于施加给混炼胶数总剪切应变量，

总剪切变形

?=?max 2 t=

?Dnht t-混炼时间

由式可知,剪切速率与混炼时间对剪切应变量影响很大,若要在相同的混炼时间内达到一定的?,则需增加D,n减小h。

实际上，在密炼过程中，在密炼机的混炼室内，以上几个基本过程是同时进行的。 胶料在混炼室中的混炼过程如下：

生胶和配合剂由加料斗加入，首先落入两个相对回转的转子口部，在上顶栓的压力及摩擦力的作用下，被带入两转子之间的间隙处，受到一定的捏炼作用，然后由下顶栓的尖棱将胶料分开，进入转子与混炼室壁的间隙中，在此处经受强烈的剪切捏炼作用后，被破碎的两股胶料又相会于两个转子口部，然后再进入两转子间隙处，如此循环往复。（见图1-54）

2、胶料在混炼室中所受的机械作用：

（1）转子外表面与混炼室内壁间的捏炼作用

转子表面与混炼室内壁间形成了一个环形间隙，当胶料通过此环形间隙时，则受到捏炼作用。

由于转子表面制有螺旋尖棱，它与混炼室形成的间隙是变化的（如XM-50密炼机间隙为4-80mm,XM-250密炼机间隙为2.5-120mm），最小间隙在转子棱锋与混炼室内壁之间。当胶料通过此最小间隙时，受到强烈的挤压、剪切、拉伸作用，这种作用与开炼机两辊距的作用相似，但比开炼机的效果要大的多。这是由于转动的转子与固定不动的室壁之间胶料的速度梯度比开炼机大的多，而且，转子尖棱与混炼室壁所形成的透射角尖锐。胶料在转子尖棱尖端与混炼室内壁之间边捏炼，边通过，同时，还受到转子其余表面的类似滚压作用。

（2）两转子之间的混合搅拌、挤压作用

两转子的椭圆形表面各点与转子轴心线的距离不等，因而具有不同的圆周速度。因此两转子间的间隙和速比不是一个恒定值，而是处处不同，时时变化的。速度梯度最大值和最小值相差达几十倍。可使胶料受到强烈的剪切、挤压、搅拌作用。

???Dnh又由于两转子转速不同，其相对位置也是时刻变化的，使胶料在两转子间的容量也经常变化，产生

强烈的混合、搅拌作用。

（3）上下顶栓分流、剪切和交换作用

此外，由于下顶栓棱部的分流作用，及两转子的转速不同，可使胶料在左右混炼室中进行折卷捣换。其中一侧转子前面的部分胶料（高压区）被挤压到对面混炼室转子后面（低压区），并随之带入料斗中。彼此往复捣换，如两台相邻开炼机连续倒替混炼时相似。

为了有效交换，一个转子必须把胶料直接拨到相对应的转子棱锋后部间隙中。否则，因压力平衡性阻止交换。这就要求两转子转到适当位置进行交换，这取决于速比。

转子在回转运动中，胶料在螺旋突棱处对转子产生正压力为P′。根据作用力于反作用力，转子在突棱处对产生垂直作用力为P，将P分解成圆周力（径向作用力）Pr和切向力Pt，其中Pr边作用是使胶料绕转子轴线转动，Pt作用是使胶料产生轴向移动。 Pt=P*tgα

胶料在转子突棱产生轴向移动。肯定会有摩擦力阻止胶料作轴向移动。摩擦力T=Pμ=Ptgυ。∵ 只有Pt＞T，胶料才能作轴向移动。即

α﹥υ

υ=37°-38°

α﹥38° 45°

故胶料在转子短棱处产生轴向的移动。对胶料往复通切割；在长棱处由于α=30°＜υ 胶料不会产生轴向移动，仅产生圆周运动，起着运料作用及滚压揉搓作用。 （4）转子轴向往返切割作用。

密炼机每个转子都具有两个方向相反、长度不等的螺旋突棱。 长螺旋突棱的螺旋角 α=30° 短螺旋突棱的螺旋角 α=45°

胶料在转子回转的作用力下，不仅 转子作用周运动，而且由于转子螺旋突棱的螺旋作用，对胶料产生轴向力，使胶料沿转子轴向移动。现将两部分作用情况分析如下：

由于转子的移动，转子螺旋突棱对胶料产生一个垂直作用力P 。分为两个力，如图所示。 P-转子 对胶料产生垂直作用力

Pr-P力圆周分力，使胶料绕转子轴线转动。

Pr=P/cosα, cosα=P/Pr α=45° Pt-P切向分力，使胶料沿转子轴线移动。 Pt=Ptgα tgα=Pt/P

由于以P力作用于胶料，胶料同时以P这样的反作用力于 。实际上P力可以看作是胶料对转子表面的正压力，所以企图阻止胶料作轴向移动的摩擦力T为 T-阻止胶料轴向移动的摩擦力 T=Pf=Ptgυ

只有当Pt＞T 时，胶料才能轴向移动 即 Ptgα＞Ptgυ tgα＞tgυ α＞υ

从试验得知，胶料与金属表面的摩擦角υ=37°-38°。这样即可得出胶料在转子上的运动情况为：

在转子长螺旋段。∵α=30°,∴α＜υ 即Pt＜T。因此对胶料不会产生轴向移动，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。∵α=45°，∴α＞υ 即Pt＞T。因此胶料使产生轴向移动，对胶料往复切割。

由于一对转子的螺旋长段和短段是相对安装的，从而促使胶料从转子一端移动另一端；而另一端转子又使胶料作相反方向移动。因此，使胶料来回混杂，进行强烈的混炼。 四突棱转子和二突棱转子的工作原理对比简介如下：

四个突棱转子，即有两个长突棱和两个短突棱。增加两个小短突棱能增加搅拌作用图1-56所示，是转子尺寸图。图中A、C表示长突棱，B、D表示短突棱。二个突棱的两个转子旋转时，胶料沿1、2、3三个方向流动。第一股分流胶料受到突棱A与混炼 壁间的剪切捏炼，2、3股分流胶料直接流向突棱C.其中一部分被突棱 C所捏炼。可见二突棱转子每一转对胶料的剪切仅一次。但是增加两个小突棱 B、D以后，捏炼的情况就不同了。第一股分流经 突棱A第一次捏炼后，有相当一部分被突棱B所折回与2、3股与原混合后又经突棱C作第二次捏炼。而且胶料左右来回捏炼的作用也加强了。因此在长段突棱的作用下，对胶料的混炼效果更为显著、缩短混炼的时间。

第三节 主要参数的确定

一、转子的转速与速比 （一）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、炼胶质量等。从流变分析中知，转子棱顶与密炼室内壁间隙处的剪切速率可概略地从下是求得：

??

式中

??=

V?Dn （4-4） ?hh-----剪切速率，1/秒;

??u-------转子外圆回转线速度，米/秒； h------转子棱顶与密炼室内壁间隙，米。

V=

?Dn 式中 D----转子外圆直径，米；n-----转子转速，转/秒。

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，一般排胶温度控

o

制在150~170C以下，否则除了会引起分散不良外，还易事胶料发生化学变质，如出现热裂解、凝胶，等。最终混

o

炼为防止焦烧，一般排胶温度控制在100~120C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。

????m

目前多速和调速密炼机的应用均被重视。也就是说，在一个捏炼过程中，开始时，转子以较高的转速使胶料迅速升温，降低粘度，以便使胶料迅速变形，尔后，则降低温度，来降低胶料温升，提高粘度，给胶了解快的压碎分散，产生高剪切应力。

图4-7所示，为转子转速与混炼时间关系。 (二)转子速比

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，提高捏炼效果。 1、转子棱顶与密炼室内壁间隙

从流变分析中已讲到，对胶料起分散作用的主要在转子棱顶与密炼室内壁间隙h形成的高剪切区内，间隙大小，直接影响胶料的剪切速率及剪切应力。生产实践证明：密炼机使用年久后，由于磨损，致使h增大，一般要延长混炼时间，或增加装料量，才能得到弥补，以维持炼胶质量。h大小的确定，目前一般用类比分析的方法求得，表4-2时国外若干密炼机的h值。

2、生产能力与填充参数

密炼机生产能力是由密炼机的工作容量决定的，而工作容量又由密炼室有效容量算出。计算密炼机生产能力，可用下式：

G?60V1? (4-5) t式中 G----生产能力，公斤/小时； V1----密炼机工作容量，升；

?----胶料的比重，公斤/升；

t----一次炼胶时间，分。

作为车间生产能力计算时公式（4-5）应乘一个械，它主要与生产组织有关，通常

??值----机器时间利用系数，因为密炼机属间歇式生产的机

=0.8~0.9。

工作容量V1由下式计算：

V1=Vβ (4-6)

式中，V----密炼室有效容量（密炼室总容量减去转子所占体积），升；

β----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。但填充系数过大或过小均会影响炼胶质量，也影响生产能力。

影响填充系数值大小的因素很多，如上顶栓压力、转子转速、机器结构、胶料性质、加料方法等等。例如在一定范围内加大上顶栓的压力，增加转子转速，改变转子的结构等以求增大β值。故β值的大小十分重要。β值大小的合理选定，目前尚未有一个确切的计算方法，一般通过类比分析和实验的方法确定。长期以来在普通典型密炼机中一直认为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。 3、上顶栓对胶料的单位压力

胶料混炼的关键在于分散，分散好坏的决定因素是剪切应力。增加上顶栓对胶料的压力作用，可以提高胶料中的流体静压力，而不直接影响剪切应力，但是，由于减少了密炼室内胶料的空隙，增加了胶料之间的接触面，并减少了胶料与密炼室内壁及胶料与转子表面的滑动。所以，增加上顶栓压力，能间接的导致较高的剪切应力，加速分散过程，从而缩短混炼时间。如表4-4和图4-8，图4-9所示。

当上顶栓压力低时，胶料经常发生滑动，导致剪切应力和剪切速度的下降，从而减少胶料的分散作用，延长混炼时间。

2

上顶栓对胶料单位压力的范围，一般在1~5公斤/厘米。一般加工硬料的上顶栓压力比加工软料的顶栓压力要高。

提高上顶栓压力的措施一般采用加大上顶栓气缸直径，现在也有采用油压的，但要注意渗漏问题。表4-5时列举不同型号密炼机的上顶栓气缸（油缸）的尺寸以作参考。 4、功率

（1）功率消耗的确定

电动机功率主要消耗在：胶料捏炼工程中的剪切、搅拌混合和机器各转动部的摩擦，前者是主要的。

功率与使用密炼机的认识有关，实际上密炼机功率消耗与很多因素有关，如胶料的性质、配方、混炼温度、加料方法和顺序、上顶栓压力、转子的转速、转子的结构等等。

假定胶料是在粘度不变、等温下捏炼过程，转子单位长度上的功率消耗表示为：

2

N=4?η?uB/h (4-7)

式中 N----转子单位上的功率消耗； η----胶料的粘度；

u----转子棱顶的回转线速度； B----转子棱顶宽度；

h----转子棱顶与密炼室内壁间隙。

但是，橡胶属非牛顿型流体，对一台特定的密炼机来说，其功率消耗表示为：N=Cu

k+1

（4-8）

式中 k ----胶料特性系数，k＜1;

u----转子棱顶回转线速度； C----系数。

（2）密炼机功率消耗的因素分析 1）功率与密炼机工作容量的关系

从图4-12知，密炼机工作容量越大，其功率消耗越多。 2）功率与转子棱顶和密炼室内壁间隙的关系

从图4-13和（4-7）式知，功率消耗与转子棱顶和密炼室内壁间隙（h）成正比。 3）功率与转子棱顶宽的关系

从（4-7）式知，转子棱顶越宽，功率消耗越大。 4）功率与转子转速的关系

从（4-8）式和图4-14看，功率与转子转速近似成正比。 5）功率与上顶栓压力的关系

上顶栓压力的增加，会导致功率消耗的增加。 6）功率与转子结构的关系

转子由二个螺旋棱增加至四个螺旋棱时，加剧了胶料在捏炼中的分流和增加了胶料的剪切次数，故增加了功率消耗。

第四节 传动系统与机台配置

传动简介

传动系统是密炼机重要组成部分之一。密炼机在工作过程中消耗掉大量的功率，但是转子的转速并不高（20～60转／分），而电机的的转速很高（750～1500转／分），这就要求密炼机的传动系统具有传递大功率和大的传动比等特点。

密炼机的两个转子的转速是不同的，且多数密炼机的转子的速比是固定不变的，因此需要安装速比齿轮来满足要求。对双速密炼机多采用双速电动机，变速密炼机则多采用直流电动机来驱动。 一、传动型式

密炼机传动型式，按密炼机的转子转速分为单速、双速、及变速传动三种；按电机的相对位置分为左传动和右传动。

（一）带大驱动齿轮的传动

如图4－51所示，电动机1通过弹性联轴节带动减速器2，然后通过齿轮联轴节带动小驱动齿轮3和大驱动齿轮4使后转子8转动，再由装在后转子上的速比齿轮6使前转子7转动。这种传动系统结构比较零散，安装复杂，机器总长度较长。较少采用。 (二)没有大驱动齿轮的单独传动

如图4－16所示，这种传动与第一种传动不同之处是没有一对大小驱动齿轮，结构紧凑，零件较少，减速器会增大。

（三）减速箱采用双输出轴的传动

如图4－17所示，将速比齿轮从两个转子上拿下放在减速器中，减速器的两个输出轴与两个转子连接用万向联轴节或齿轮联轴节，从而起到改善润滑，提高机器的安全性能，降低噪音。减速器进一步增大。常用这种结构形式。 二、电机的选择

密炼机的工作环境比较恶劣，工作过程中又有高峰负荷，因此对电动机的要求较高：

（1） 瞬时过载系数要大于2.48，又耐超负荷特性。 （2） 起动转矩大。 （3） 可以正反转。 （4） 用封闭式电动机。

第五节 主要零部件设计

一、转子

转子式密炼机的主要零部件之一。转子结构的好坏，直接影响工作性能、生产效率和炼胶质量。

目前普遍采用的是椭圆形二棱或四棱转子，也有圆筒形转子等，如图所示。经实践证明，四棱转子要明显优于二棱转子。

（一）转子的结构设计

椭圆形转子工作部分的横截面是椭圆形的。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。表4－6是转子各部分主要尺寸关系。

图4－23是转子工作部分设计图，按下列程序绘制： 1、当转子工作部分回转直径D确定后，可根据表4－6算出各部分的主要尺寸。 2、在主视图上绘出矩形‘D’，在矩形上量出线段I1和I2，将两线段等分为n0～nn。

3、算出在侧视图上长短螺旋棱所对应的中心角?2和

I1?360o (4-9) ?1=

t1I2?360o (4-10) ?2=

t2式中 I1－短螺旋棱轴向长度；

I2－长螺旋棱轴向长度； t1－短螺旋棱的螺距， 。 t2－长螺旋棱的螺距， 。

4、将中心角?2和?1分成与主视角相等的n等分：

?n=

?1n 或 ?n=

?2n

5、在A－A剖视图上以线n0、n1、n2??nn为对称线绘出椭圆形截面‘C’的外形，冷顶宽度表示为：

????a0~a0；a1~a1；a2~a2；??an~an；

如图中以n0为对称线，a0?~a0为棱顶宽度所绘出的椭

?~an为棱顶宽度所绘

?1。

?2和?1为长短螺旋棱在侧视图上投影所对应的

中心角。因螺旋线在一个螺距内向侧视图上投影时，其

o

所对中心角为360，则在I1的范围内向侧视图上投影时，其中心角为：

圆形，直到以n0为对称线，以an出的椭圆形，其棱顶部分的连线为长螺旋棱在A-A视图上的投影。

6、将上述ab，a0，a1,a1 等点投影到主视图的相应截面上，并注上相同的字注，即a0????~a0；a1~a1；

a?；??a?2~a2n~an； 。

将点 a0 , a1, a2 ,??及a???0 ，a1，a2 ?? 分别连成光滑的曲线，这两条曲线即为长螺旋棱在主视图上的投影。

7、用同样的方法绘制B－B剖视图和短螺旋棱曲线。 （二）转子材料

转子是主要工作零件，工作时要求具有足够的强度和刚度，以及表面耐磨等性能。转子材料多采用铸钢（ZG45）。突棱顶堆焊一层5～8毫米厚的耐磨硬质合金，其余工作表面也许堆焊一层2～3毫米厚的耐磨硬质合金。

（三）转子的冷却形式

在炼胶过程中，转子与密炼室壁间产生的热量最多，而难于散发，转子冷却的好坏，是影响排胶温度和炼胶质量的关键之一。对于高压快速密炼机更显得重要。 转子的冷却形式不同，其冷却效果也不一样。过去密炼机转子，由于外形复杂且不规则，一般其冷却形式采用转子内腔喷水冷却，如图2－24a所示。但因冷顶不能进行冷却，内腔也不能进行加工，内腔表面粗糙，致使传热系数低，所以冷却效果很低。为提高转子的冷却效果，国外有些厂家设计了转子强制冷却结构。这种结构不但转子内表面能进行加工，提高传热系数，且突棱也能进行冷却，如图4－24b、c所示，冷却效果好。 （四）转子强度与刚度计算 1、受力分析 由于转子的受力情况复杂，要做一些简化，对于转子的受力分析，目前也有不同的看法，其中有的认为，转子炼胶时在一侧只受到胶料的均布载荷作用，与开炼机类似只受中部横压力的作用。这种方法简便，基本满足设计、生产的要求。如图4－25所示。 2、转子承受的作用力 （1）扭矩

密炼机由于传动型式不同，受力情况也不同。这里介绍，不带大小驱动齿轮的传动型式，分析转子的受力，如图4－25所示，

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，但其两个转子的扭矩几乎是相等的。

后转子消耗的功率为：N1＝N

n1n?n?? （4－11）

12前转子消耗的功率为：Nn2＝N2n??

1?n2（4－12）

转子的扭矩：MNk1＝Mk2＝97500nn?? 1?2（4-13）

式中 N1－后转子消耗的功率，千瓦；

N2－前转子消耗的功率，千瓦；

N－电动机功率，千瓦；

n1－后转子转速，转／分； n2－前转子转速，转／分； ?－传动效率；

Mk1－后转子扭矩，公斤，厘米； Mk2－前转子扭矩，公斤，厘米； （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＝

Mk1R （4-14） 1式中Py－胶料对转子作用力的垂直分力，公斤；

Mk1－后转子扭矩，公斤，厘米；

R1－转子工作部分平均半径，厘米，见图4－26。

R1=

R??R??2 (4-15) 则胶料对转子作用力P和水平分力为：

P=Pysin? (4-16) Px=Pytg? (4-17)

式中 P－胶料对转子的作用力，公斤；

Px－P力的水平分力，公斤；

?－胶料卷入两转子间隙的压力角。再开炼机上测

得值为?=2~3o ，设计时推荐?=10o。密炼机未测过，可设?=15~20o 。 转子所受胶料的均布作用力：q??PyI （4-18） q＝

PxI （4-19） 式中q－转子受胶料作用力的垂直均布力，公斤／厘米；

q‘

－转子受胶料作用力的水平均布力，公斤／厘米； I－转子工作部分长度，厘米。 （3）速比齿轮的作用力

圆周力：Pa?Mk1R （4-20） f径向力：Pr?Patga （4-21）

式中 Pa－速比齿轮的圆周力，公斤；

Pr－速比齿轮的径向力，公斤；

Mk1－后转子扭矩，公斤厘米； Rf－速比齿轮分度圆半径，厘米； a－齿轮啮合角。 3、强度计算

用后转子为例进行强度计算（参见图4－27）。

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。以精确的做图比例画出弯矩图。

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

Wp＝2W （4-26）

4、刚度计算

转子的形状复杂且不规则，把其作为变断面梁。刚度计算一般有计算法及图解法。下面介绍图解法：

做出弯矩图，用一般材料力学的方法进行计算作图。

计算出转子各有关部分的主中心惯性距值。

M??M?M （4-22）

式中 M?－任意点的合成弯矩，公斤厘米； Mx－任意点水平方向的弯矩，公斤厘米； My－任意点垂直方向的弯矩，公斤厘米；

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：

2????w?4?k2?2x2y将变断面换算为等截面。一任选某一截面主中心惯性距值为基准与其他各断面主中心惯性距的比，修正各有关部分的弯矩值。

Mn??MnJo （4-27） Jn?sn???? （4-23）

2

式中?z－任意点断面所受的合成应力，公斤／厘米；

?w－任意点断面的弯应力，公斤／厘米2；

?k－任意点截面的剪应力，公斤／厘米2；

???－材料的许用应力，公斤／厘米

n－安全系数，一般取2～3。 任意点的弯应力为：

2

；

?s－材料的屈服极限，公斤／厘米2；

M??w? （4－24）

W任意点的剪应力为：

式中 Mn －未修正前的n断面的弯距，n＝0，1，2，3，?，公斤厘米；

‘

Mn－修正后的n断面的弯距，公斤厘米；

4

J0－基准面的主中心惯性距值，厘米；

4

Jn－任意n断面的主中心惯性距值，厘米； 计算虚载荷

做虚梁的载荷（F1，F2，F3???）的索多边形，如图4－28（f）。虚载荷的多变性的机距H为：

?k?M? （4－25） Wp3

H?EJ （4-28）

K?n?m式中 W－任意点断面的抗弯截面模量，厘米；

3

Wp－任意点的抗剪截面模量，厘米；

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。对于四棱转为转子任意点的变形挠度

二．密炼室

（一）密炼室结构

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。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—7规定。

表 4-7 密炼室内壁堆焊耐磨合金的要求

密炼机有效容量，升 4 25 50 75 150 250 380 3 3 3 3 3 3 内表面堆焊厚度，毫米≥ 3 式中 EJ－等截面梁的刚度； n－做图的长度比例； m－力的比例；

K－放大倍数，其值以左图方便准确为宜。

按索多边形找出转子任意点的纵距?，用?／K即

端面堆焊厚度，毫米≥ 硬度HRC≥ 3 3 3 3 3 40 40 40 40 40 3 40 3 40 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。下面介绍几种密炼室的结构。

1、对开式

图4—29所示为对开式（也称前后组合式）密炼室。正面壁14、17为铸钢件，两个侧面壁1、6为铸铁件。正面壁既承受载荷又承担散热作用，如壁厚过厚则会引起散热条件差，使密炼室内部热量散发困难，堆降低密炼室内脚镣的温度不利，但为了保证一定强度，在壳体外部有加强筋12，并可使密炼室冷却面积增大。加强筋12底部有孔，可使冷却水沿正面壁14、17的上部流下，以防止水聚集在上部的筋上。 正面壁是用螺栓和定位销与侧面壁及左、右托架相连结并固定的。 2、剖分式

图4—30所示为剖分式密炼室。它由上、下两部分组成，分界面在转子轴线位置上。上、下密炼室3、6为焊接件，带有通冷却水的夹套。为了提高内壁的强度和增长冷却水回流的线路，在夹套中焊有加强筋。上、下密炼室3、6是由上、下两个铸钢机壳2、5固定的。 剖分式密炼室，制造、安装和检修比较方便。

图4—31所示为GK型组合式密炼室示意图。它由左、右上壁，左、右下壁及正面壁组成。 3、旋转打开式

图4—32为旋转打开式密炼室。这种结构的正面壁均可以转动打开的，这是为了更换物料品种尤其是更换颜料时便利清理，因此结构比较复杂，一般是用于实验室用的小型密炼机上。 4、图4—33为倾斜式密炼室结构。

（二）密炼室的冷却方式及其相应的结构

根据加工物料的工艺要求不同，密炼室应加热或冷却。冷却效果的好坏，直接影响炼胶的质量。特别是对高压快速大功率密炼机或需在密炼室内加硫混炼，冷却问题更是重要。要解决这一问题的途径从设备上来说，一般是在设计密炼室时尽量增大冷却面积，提高密炼室壁的导热系数，增加冷却水流速和使冷却水通过，尽量靠近密炼室内表面，即缩小导热距离。

密炼室冷却形式较多，过去是采用水浸式或喷淋式等，近代密炼机密炼室的冷却形式有夹套式、钻孔式等。下面简单介绍两种。

1、夹套式

密炼室壁为一夹套，中间有许多隔板，夹套分两半部，冷却水由一边进入后，在夹套中沿轴线方向循环流动，再由侧壁至另一边循环后流出。如图4—34所示。

这种冷却装置一方面能冷却侧壁，增大了冷却面积，另一方面可增大水流速度，冷却效果较好。因壁较厚，冷却效果还不是最理想的。 2、钻孔式

钻孔式即在密炼室壁沿轴线方向钻有许多小孔，使冷却水沿孔循环流动。此种方式，因钻孔的截面积较夹套的小，故水流速度较快，如钻孔直径为26毫米时，水流速度可达到3～4米/秒；且孔与密炼室内壁距离更接近；导热系数高，传热块，故冷却效果较前一种好。

钻孔式又可分为大孔串连式、小孔并联式及小孔串连式三种。如图4—35，图4－36，图4－37所示。 从实践来看，前两种冷却效果不太理想。大孔串连式由于在浇铸时是把孔铸出来的，孔有毛刺和砂未清理干净；浇铸时铸件会有不均匀现象；孔大冷却水流速不快，所以冷却效果不佳。对于小孔并联式，当水在空中流动时会走捷径，冷却水在孔中有呆滞现象，故冷却效果也不好。采用这种型式在加工上也较为困难。

至于小孔串连方式，是把堆焊后的密炼室壳进行钻孔。如11D型密炼机，在一台密炼室壳钻孔ф26毫米的孔30个，孔间的距离为40～50毫米，距内壁24毫米。孔在两端面上交叉进行沟通，然后再用弧型板盖盖住，这样

0

构成了一个串连孔道。在混炼时通进流速为3～4米/秒的冷却水。一般情况下进出水温度差为3～5C。此种方式冷却效果最佳。

（三）密炼室强度计算

由于密炼室的形状和受力比较复杂，其受力情况简化成如图4—38所示。对密炼室的强度可用近似的方法进

行计算。在计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。

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。

（1）胶料对密炼室的作用力

Pt?p?ctg?

式中 pt－胶料对密炼室壁的作用力，公斤；

p－转子棱顶的圆周力，公斤，由式（4—14算出）； θ－转子法向力与径向力的夹角。

?R12?R22?(R2?R3)2???arccos??

2R1?R2????式中R1－转子棱顶回转半径，厘米；

R2－转子基圆和棱顶间过渡圆半径，厘米； R3－转子基圆半径，厘米、 （2）胶料对相邻两板间均布载荷 q?qt?qc

2

式中 q－胶料对相邻两板间均布载荷，公斤/厘米；

2

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，公斤/厘米；

2

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，公斤/厘米。

qt?Pt a?b式中 Pt－由（4-29）式求出； a、 b相邻两筋板尺寸，厘米。

b??D??360

式中 D－密炼室壁内直径，厘米； ?－相邻两筋板间夹角。

2、密炼室壁厚计算 按受脉动载荷的周边固定的矩形平板计算。

??c0qb2??0?

式中c0－矩形平板计算系数，当

a?1.5时，co=0.4518； bq－由（4-31）式求得； b－由（4-33）式求得；

2

[σ0]－脉动载荷许用应力，公斤/厘米。

??0???0?1.33?0.27(?s??b)

nn式中σ0－弯曲脉动疲劳极限，公斤/厘米；

2

σs－材料屈服极限，公斤/厘米；

2

σb－材料强度极限，公斤/厘米； n－安全系数，n=3。

(二)卸料机构计算

不同地卸料机构，其受力情况不一样，计算方法也有不同。首先以下落式二头水平平锁地结构为例进行分析计算。如图4-51所示。

2

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＝Pp＋Pq

式中 P——下顶栓受到地总作用力，公斤；

Pp——胶料对下顶栓的压力，公斤；

Pq——转子棱顶处传来的胶料作用力由式（4-29）算出。 Pp＝pp2F

2

式中 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）公斤/厘米；

2

F——下顶栓受力面积，厘米。 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。图4-52为下顶栓传动轴受力情况。图中G为下顶栓自重。

强度条件为：????2?4?2?[?]

2

式中 ?——由下顶栓自重引起的弯曲应力，公斤/厘米；

2

?——旋转油缸传来的扭矩引起的剪应力，公斤/厘米； [?]——材料的许用应力，公斤/厘米。

2

3、锁紧装置的计算

图4-53为二头平锁的受力情况。 （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=

P?sin?P?

sin2?2cos?式中 P1——一个锁紧栓所受的力，公斤；

P——下顶栓所受的总作用力由（4-49）式算出；

? ——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：

Pr＝P12cos? Pt＝P12sin?

锁紧栓受Pr后引起的弯矩：M＝Pt2l’

式中 M——弯矩，公斤－厘米；

[?] ——许用弯应力，公斤/厘米。

2

验算剪应力：??Pr?[?] S2

式中S——锁紧栓受力点的横断面积，厘米。

（2）锁紧油缸的计算

图4-54所示为锁紧油缸受力图。

当下顶栓开锁时，锁紧油缸的牵引力（开锁力）为： Pk＝Pf－Pt

当下顶栓闭锁时，锁紧油缸的牵引力（闭锁力）为：

Pb＝Pf＋Pt

上两式中 Pf——摩擦力，公斤；

Pt——锁紧栓作用力的轴向分力由（4-54）式求得。 摩擦力Pf由下式算得：Pf＝Pf1+Pf2

式中 Pf1——锁紧栓与下顶栓解除时，接触面得摩擦力水平分力，公斤； Pf2——锁紧栓与轴套得摩擦力，公斤。 Pf1＝P12fcos?

Pf2＝2

Prl'?f l式中 P1——一个锁紧栓所受得作用力由（4-52）式求得； f——摩擦系数；

Pr——锁紧栓作用力得径向分力由（4-53）式求得； l’——锁紧栓伸出得距离，厘米； l——锁紧栓与轴套接触长度，厘米。 根据上述得公式求得锁紧油缸内直径为：

d?4Pmax ?p式中 d——锁紧油缸内直径，厘米； Pmax——锁紧油缸得最大牵引力Pmax＝Pb； P——油的压力，公斤/厘米。

当计算处锁紧油缸的内径后，可从表4-9中查出油缸的外径。 校核锁紧油缸的应力：

2

0.4d2?1.3D2?py?[?] ??22D?d式中 d——油缸内直径，厘米； D——油缸外直径，厘米；

2

py——试验压力一般py＝1.3p，公斤/厘米；

2

p——油缸工作压力，公斤/厘米;

2

[?]许用拉应力，公斤/厘米。

4、旋转油缸的计算

（1）旋转油缸转动力矩及传动轴的计算

图4-55所示为旋转油缸结构图。图4-56所示为旋转油缸受力图。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：Mk＝1.5（Mk1＋Mkf）

式中 Mk1——下顶栓重量产生的力矩，公斤－厘米； Mkf——摩擦力矩，公斤2厘米。

Mk1=Q2l

Mkf=2RA2r2f

式中 Q——下顶栓重量，公斤； l——力臂，厘米； RA——之反力，公斤； r——转动轴半径，厘米； f——轴与轴套的摩擦系数。

根据扭矩公式计算转动轴轴径：d?Mk

0.2[?]式中 d——转动轴直径，厘米；

Mk——旋转轴扭矩，由（4-65）式算出；

2

[?]——许用剪应力，公斤/厘米。 若在轴上开槽时，轴径应增大10％。 （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，如图4-57所示。

b?2Mk 22p(r1?r2)式中 Mk——油缸总转动力矩，由（4-65）式算出；

2

P——油的工作压力，公斤/厘米。 r1——油缸内半径，厘米； r2——旋转轴半径，厘米。

验算油缸输出力矩是否满足油缸实际需要的转动力矩：

‘

Mk＝p2F2r2?>Mk 式中 F——转动块受力面积，厘米；

r——力臂，厘米；

?——传动效率，一般取0.8～0.9；

Mk——输出力矩，公斤2厘米。

F＝（r1－r2）2b

‘

2

??r1?r2 2现在讲述一下滑动式卸料机构的计算。滑动门打开的条件是滑动门拉出力必须大于移动阻力（摩擦力）并按下式计算：

1．拉出力 P1＝pn2S’

式中 P1——滑动门拉出力，公斤；

2

pn——压缩空气压力，公斤/厘米。

2

S’——气筒面积与活塞杆面积的差，厘米。

2．移动阻力

Pc＝（Pp＋G＋Q）2f＋F1＋F2 式中 Pc——移动阻力，公斤；

Pp——胶料对下顶栓的压力，公斤； G——移动部件自重，公斤；

Q——胶料重量（一次加料量）公斤；

F1——活塞与气筒摩擦力，公斤（计算公式与4-39同） F2——活塞杆与填料摩擦力，公斤（计算公式与4-37同） f——导轨摩擦系数，（有润滑油，钢对钢f=0.12）.

第六节 密封装置的设计 具有结构简单、密封可靠，使用寿命长（保持

密炼机的密炼室是密闭的，工作时，两个良好的润滑时，可用2~3年）的特点，但使用转子相对回转，转子轴径与密炼室侧壁之间的时要求有良好的维护。 环形间隙在混炼时是容易露料的，为了防止物（2）内压端面接触式自动密封装置 料的泄漏，在转子轴径处装设密封装置 图4-59所示为内压端面接触式自动密封

密封装置的结构形式很多，现将常见的几装置它由挡板1、外密封圈2、固定螺钉3、内种介绍如下 密封圈4、内套圈5、弹簧6、调节螺钉7、压（1）外压端面密封装置 板8和压板螺钉9及“O”型密封圈10、软化

如图4-58所示为外压端面密封装置。 油接管和润滑油管等组成。 外压端面密封装置主要由动环6和压紧环3转子的轴颈上固定一个钢内套圈5，内套间的接触面起密封作用。动环6固定在密炼室圈外径上套一个剖分的内密封圈4并和内套圈侧壁2上由弹簧8的作用使压紧环3压向转动5一起回转。端面挡板1固定在机架上，然后环6，使其接触面上产生一定的压力，以防止把外密封圈2用八个螺钉固定在断面挡板1上。物料的露出。压紧环与转动环相接触的表面经装上外压板8和调节螺钉7及弹簧6。在内密淬火处理，而转动环的相应表面堆焊一层硬质封圈4和外密封圈2的接触面上，堆焊硬质合合金，以增加接触面的耐磨性。另外,在两接触金。在内密封圈和端面挡板与胶料接触的表面

2

面之间还用油泵供给10~25公斤/厘米的润滑上镀上硬铬。镀铬厚度为0.15～0.2毫米。 油,以减少接触面之间的摩擦,当密炼机工作时,内压端面接触式自动密封，主要是依靠密固定环和转动环间有微量的黑色粘状物流出;炼室在混炼时的胶料向外挤出时的压力5时使如果没有这种现象出现,表示密封装置已发生内密封圈始终压紧在外密封圈上，以达到良好故障,应停机检修。 的密封效果。在每个密封圈上装有三个软化油

该密封装置是用于低压低速的密炼机，但口，两个润滑油入口，软化油的作用是使橡胶

变成粘流态。润滑油用来润滑内外密封圈接触

面，两种油的注入压力可达600公斤/厘米2

这种密封装置可由胶料的压力变化而自动调整内密封圈的压紧程度，密封效果较好。适用于高压快速密炼机上的密封装置。

（3）反螺纹与断面复合式自动密封装置 图4-60所示为反螺纹与断面复合式的动密封装置。它由弹簧7拉着旋转密封套3与固定密封套4相接触形成密封面，套3与环4的接触面堆焊耐磨硬质合金。密封面用油泵供给润滑油。在密封面的前面还安装有带螺纹的轴套2，螺纹方向与转子转向相反。当物料从密炼室向外露出时，反螺纹可把它尽量返回到密炼室里面去。

（4）反螺纹迷宫式复合密封装置

图4-61所示为反螺纹迷宫式复合密封装置。它由两个迷宫环组成，钢制迷宫环1是对开的，用螺钉固定在密炼室侧壁上。迷宫环1有内螺纹，螺纹方向与转子转向相反，可使露出的物料尽量返回到密炼室里面去，迷宫环4用铸铁制造，也是对开的，用螺钉5固定在转子上。迷宫中需注入润滑油。

该装置结构简单，制造维护方便，但转子下沉，使两个迷宫圆环接触，则迷宫很快磨损。当转子轴承成为滑动轴承时，不宜采用此种密封装置。

（5）外压迷宫式密封装置

图4-62所示为外压迷宫式密封装置。密封原理是：当密炼室内的物料外泄时，需通过相当长的很窄的路径才能到达内外密封圈的接触面，起到“迷宫”的作用。密封圈用六个弹簧压紧密封面，保持密封，压力大小可由弹簧调节。如果物料已从密封面泄出，则在密封面外还有一段迷宫，可是物料更缓慢的轻微流出。为了防止物料在迷宫通道中外流时温升过高，除注入软化油外，并在转子轴径内设有冷却水管，通水冷却。

该密封装置可以满足高压快速混炼的需要，但结构复杂，装卸、调节和维护工作量较大，如GK型密炼机采用这种密封装置。

（6）双重反螺纹填料式复合密封装置 图4-63所示为双重反螺纹填料式复合密封装置。在耐磨护板处，由两扣反螺纹，成单线锯齿形，深3～6毫米，宽度8～12毫米。靠近密炼室的转子轴套上设有反螺纹。最后一道密封是采用橡胶石棉材料的密封填料，用端盖压紧。

耐磨护板是耐磨材料制成，表面经热处理。

这种密封装置，结构简单，拆开压盖便可更换填料。但填料磨损较厉害，寿命不长，需经常更换，只有当物料受中压时，效果较好。

第七节 密炼机的冷却系统

胶料在密炼室内加工时，受到强烈的机械作用，产生大量。为保证炼胶质量和一定排胶温度，对密炼机的有关部位必须进行冷却。 一、冷却系统热平衡

1、发热量的计算

密炼机炼胶时产生的总热量为：

Q＝860N2η

式中 860－热功当量

N －电动机平均消耗功率 η－传动效率 2、热量的分配

炼胶时产生的热量主要分配在胶料、冷却水及周围介质和设备中。

Q=Q1+Q2+Q3

Q1 =qC1(t2-t1) Q2 =GC2(t4 - t3)

式中：Q－炼胶时产生的总热量

Q1 －胶料升温吸收的热量 Q2 －冷却水带走热量

Q3 －散失在周围介质及设备中的热量 t1-胶料投入时的温度

t2－排胶温度

q－密炼机的生产能力 t3－冷却水进水温度 t4－冷却水出水温度 C1－胶料比热 C2－水的比热

二、对冷却水的要求及耗水量计算 （一）对冷却水要求

通过密炼机的冷却水，最好是软化水或经过磁化器处理的水，以避免热交换中生成水垢，减少导热系数，降低冷却效果。对冷却水进水温度，有的认为要采用制冷水，还有的认为进水速度可为常温，但要适当提高冷却水压力。实际上，要提高冷却效果，不能单纯地将低冷却水进水温度或提高冷却水的压力，更应重视增大设备的冷却面积和改善设备的传热性能。 （二）总耗水量

由Q的三个公式联立解的： Q?qc g?1(t2?t1)c

2(t4?t3)（三）各冷却部件传热面积及冷却水消耗量的计算

密炼机需要进行冷却的部件有密炼室、转子、上、下顶栓四个部件，如图4-69、图4-70所示。

1、密炼机传热面积F 对于夹套式、水浸式按胶料与

密炼室接触面积计算：? ?D?L F???1?2360

式中 F1----密炼室传热面积，米2

D――密炼室内直径，米 L――密炼室工作长度，米 β――角度（见图4-69） 对于钻孔式密炼室传热面积F1计算

F1???d??L?K1式中 d1-钻孔直径，米

L－钻孔长度，米 K1－钻孔个数。

2、转子传热面积F2

G1?W?F1

F2?2???d?L 式中 F2－转子传热面积，米2

d－转子工作部分基圆直径，米 L－转子工作长度，米

3、上顶栓传热面积F3

F3?a?L/2 式中F3－上顶栓传热面积，因为上顶栓不是始终与物料接触，故取面积一半；

a－上顶栓的宽度，米（如图4-69、图4-70）； L-上顶栓长度，米

对钻孔式上顶栓传热面积F3

F3???d??L?K3/2 式中 d1――钻孔直径，米

k3---上顶栓钻孔个数 L――上顶栓长度，米 4、下顶栓传热面积F4 F?2??DL?4360式中F4――下顶栓传热面积，米2

γ――角度（如图4-69、图4-70） 对钻孔式下顶栓传热面积

F4??d??L?K4式中 F4――下顶栓传热面积，米2

K4――下顶栓钻孔数目

5总传热面积分F F=F1+F2+F3+F4

6、单位传热面积上每小时耗水量

G W?F 式中G――总耗水量，公斤/小时

F――总传热面积，米2

W－－单位传热面积上耗水量，公斤/米2

小时 7．各部件传热面积上的耗水量

密炼室： G1?W?F 1转子：G 2?W?F2

上顶栓：G 3?W?F3

下顶栓：G 1?W?F1 第四章 密闭式炼胶机

第八节 密炼机上下辅机系统

(第一部分 密炼机上辅机系统)

8.1 概述

密炼机上辅机系统用于实现密炼机炼胶所需的炭黑、胶料、油料等的自动输送、贮存、配料称量、投料等工艺过程，是密炼机炼胶不可缺少的的配套设备。其控制系统包含了对密炼机主机以及上辅机的网络化和智能化管理及控制。 8.2 系统组成及主要技术参数

密炼机上辅机系统的工艺流程如图1-3-6-1所示。密炼机上辅机系统主要由以下几部分组成： 炭黑气力输送系统； 炭黑称量、投料系统；

油料输送、贮存、称量、注油系统； 胶料导开、称量、投料系统； 计算机智能控制系统。

图1-3-6-1密炼机上辅机系统的工艺流程图

表1-3-6-1和表1-3-6-2列出了密炼机上辅机系统的主要技术参数。 表1-3-6-1 炭黑气力输送系统的输送能力

输送管道直径(mm) φ100 φ125 φ150 φ175

表1-3-6-2称量系统技术参数

输送能力（t/h） 4～6 6～8 8～10 10～15 炭黑秤 适用密炼机总容≤90 积（l） 最大量程(kg) 分度值(g) 称量静态精度 称量动态精度 60 20 ≤160 100 50 ≤270 150 50 ≤400 200 50 ±0.1％(全量程) ±0.25％(全量程) 20 10 30 10 60 20 60 20 油料秤 最大量程(kg) 分度值(g) 称量静态精度 称量动态精度 ±0.1％(全量程) ±0.25％(全量程) 100 50 200 50 300 100 400 100 ±0.1％(全量程) 胶料秤 最大量程Kg 称量精度 分度值 (g) 8.3 主要装臵 8.3.1炭黑气力输送系统

气力输送是利用空气（或气体）流作为输送动力，在管道中搬运粉、粒状固体物料的方法。空气或气体的流动直接给输送管内物料粒子提供移动所需要的能量，管内空气的流动则是由管子两端压力差来推动。

气力输送的主要目的是将固体物料由一个位臵移到另一个位臵。气力输送系统应配臵压缩空气或气体源、把物料投入到输送管道内的设备、输送管道以及从输送物料和空气的混合中将输送物料和气体分离的分离设备。这些设备的合理选择和布臵可使工厂的布局及操作更为灵活。例如，物料可由几个分管输送到一个总管，或者从一个总输送管分配物料到若干个接受贮斗。物料的输送压力和流动速度可以记录和控制，可以将气力输送系统设计成全自动控制系统。

物料在管道中的流动状态实际上很复杂，主要随气流速度及气流中所含物料量和物料本身物性等的不同而显著变化。通常，根据管道中气流速度及输送物料量多少，物料在管道中的流动状态，可分为二大类，一类为悬浮流，物料颗粒是依靠高速气流的动压推动的，属于稀相输送；另一类为集团流或栓流，物料颗粒是依靠气流的静压推动的，属于密相输送。

气力输送按照在管道中形成气流的方法，将气力输送分为吸送式和压送式两类；按输送压力的高低又可将气力输送系统分为低压式气力输送系统和高压式输送系统；按发送装臵又可分机械式气力输送系统和仓压式气力输送系统；按输送管的形式又可分为单管输送系统和双管输送系统，双管输送系统还可分为内管式（空气伴管在输送管内）和外管式（空气伴气管在输送管外）输送系统；按输送过程中气源进气方式分连续供气式输送系统和脉冲供气式输送系统。 目前用于输送炭黑及相关粉料的气力输送方式有： （1）负压式气力输送系统

负压式气力输送是利用安装在输送系统终点的罗茨风机或真空泵抽吸系统内的空气，在输送管中形成低于大气压的负压气流。炭黑同气体一起从起吸点吸嘴和料罐经过混合后进入管道，并随气流输送到终点分离。炭黑颗粒受到重力或离心力作用从气流中分离出来进入贮仓贮存，空气

则经过滤除尘净化后通过风机排放到大气中。 （2）正压式气力输送系统

炭黑通过加入到叫作“发送罐”又称“压送罐”的压力仓中，在该压力仓中空气进入与炭黑混合，然后送入输送管道并被运走。操作压力越高就意味着炭黑能在更高的浓度及更长的距离下输送。

（3）脉冲式气力输送系统

脉冲式气力输送系统通过脉冲气体将输送管中的炭黑切成一段一段的柱塞，然后连续脉冲气体以一定的压力进入输送管道，并沿整个输送长度将一段一段的柱塞送至管道终点。

气力输送系统与其他固体输送系统，如带式输送机、振动给料机及螺旋输送机和埋刮板输送机相比，其优缺点如下：

① 优点

a.所有的固体输送设备与气力输送系统相比，气力输送系统可能是小颗粒固体物料连续输送的最合适的方法，同样也适合间断地将大批量颗粒物料从罐车、铁路车辆和货船输送至贮仓。

b.气力输送系统对充分利用空间的设计有极好的灵活性。带式输送机、振动给料机及螺旋输送机和埋刮板输送机在实质上仅为一个方向输送，如果输送物料需要改变方向或提升时，就必须有一个转运点并需要有第二台单独的输送机来接运。气力输送机可向上、向下或围绕建筑物、大的设备及其他障碍物输送物料，可以使输送管道高出或避开其他操作装臵所占用的空间。

c.气力输送系统所采用的各种固体输送泵、流量分配器以及接收器非常类似于流体设备的操作，因此大多数气力输送系统很容易实现自动化，由一个中心控制台操作，可以节省操作人员的费用。

d.与其他固体物料输送方法比较，气力输送系统着火和爆炸的危险性小，因此具有安全的优点。

e.一个设计比较好的气力输送系统常常是干净的，消除了对环境的污染。 ② 缺点

a.与其他散状固体物料输送设备相比，气力输送系统的动力消耗较高（系指与机械输送系统输送每吨物料所需要的最高功率）。

b.使用受到限制。气力输送系统仅能用于输送必须是干燥、没有磨琢性、有时还需要能自由流动的物料。一般，如果最终产品不允许破碎，则脆性的、易于破裂的产品不适合采用气力输送机输送。除非是特殊设计的设备，否则易吸潮及易结块的物料也不宜用气力输送系统输送。易氧化的物料不适合用空气输送，但可以采用带有气体循环返回的惰性气体来代替空气。由于管道、通风机及其他元件与物料接触极易被磨损或损坏。

c.输送距离受到限制。至目前为止，气力输送系统只能用于比较短的输送距离，一般物料小于3000米，较粘的物料会更小，比如炭黑的气力输送目前仅能输送500米。

d.物料特性的微小的变化（像倾注密度、颗粒大小分布、硬度、休止角、磨琢性、爆炸的潜在危险）都可能引起操作上的困难。

6.3.1.1炭黑负压气力输送系统

图1-3-6-2 炭黑负压气力输送系统流程图

1—供料装臵；2—加料罐；3—旋转阀；4—输送管道；5—分离器；6—风机；7—贮料罐 炭黑负压气力输送系统一般由供料装臵、加料罐、输送管道、分离器（袋滤器）、贮料罐、风机等组成。有时为消除高压风机产生的噪声，还装设消音器。如图1-3-6-2所示。该系统的风机作为气源设备装在系统的末端。当风机工作时，系统中的输送管道内即形成负压，整个输送管道长度上产生压差。此时，管道入口的炭黑和空气一起被吸入管道，在管道中移动，最后到达管道末端的分离设备。在分离设备上炭黑和空气实现分离，炭黑留在贮料罐内，净化后的空气经风机排入大气。

炭黑负压气力输送系统具有以下特点：

（1）适宜于输送干的、松散的、活动性好的炭黑。进料方便，加料罐构造简单。 （2）管道和设备的不严密处不会产生炭黑飞扬。

（3）管道内炭黑和空气成流态化运动，炭黑对管道的磨损较小。 （4）系统设备较简单、使用和维修简便。

（5）输送能力和输送距离受到真空度的限制，仅限于在输送距离小于50米，输送能力小于4吨/小时情况下使用。

受输送能力和输送距离的限制，因而也就限制了该系统的推广应用。 8.3.1.2炭黑正压稀相气力输送系统

炭黑正压稀相气力输送系统一般由风机、加料罐、旋转供料阀、输送管道、分离器（袋滤器）、贮料罐等设备组成。如图1-3-（6-3）所示。该系统的风机作为气源设备装在系统的进料端。由于炭黑不能自由地进入输送管道，因而必须使用有密封压力的供料装臵。风机工作时，管道中的压力高于大气压力，属正压输送。炭黑从加料罐经旋转供料器加入到输送管道中，压缩空气和炭黑混合后被输送至分离器中。在分离器中，炭黑与空气实现分离，炭黑留在贮料罐内，净化后的空气经风机排入大气。该系统一般采用通风机或罗茨风机吹入空气，输送气压为0.05Mpa左右，单管输送。为防止输送过程炭黑在管道中堵塞，常采取提高输送速度（大于10米/秒）、减小炭黑与空气的质量混合比等方法。故称为炭黑正压稀相气力输送系统。

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