塑料壓延流程密煉機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要

塑料的出現(xiàn)給人類帶來了極大的便利，由于其成本低廉，可塑性強(qiáng)等無可替代的優(yōu)點(diǎn)，

自發(fā)明之日就大受歡迎。伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及加工工藝的進(jìn)步和技術(shù)的突破，塑料

制品逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)生活用品，成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾匦杵贰Ｋ芰弦押弯摬?、水泥?/p>

木材并列成為四大基本材料。

塑料壓延機(jī)及其聯(lián)動輔機(jī)組成塑料壓延機(jī)生產(chǎn)線，是塑料制品生產(chǎn)過程中的基本設(shè)備

之一，屬于大型高精度設(shè)備。壓延機(jī)應(yīng)用于塑料加工己有一百多年的歷史，期間經(jīng)過了不

斷的改進(jìn)?，F(xiàn)代塑料壓延設(shè)備已采用各種先進(jìn)的機(jī)構(gòu)和電氣，并朝大型化,高精度和多輻筒

發(fā)展.各種輔助設(shè)備型號多，專用性強(qiáng)，能適應(yīng)不同產(chǎn)品壓延的需要。壓延加工的產(chǎn)品也由

傳統(tǒng)的軟聚氯乙烯制品發(fā)展到硬片材及/塑料合金膜片和丙烯酸酯片。隨著制品加工工藝

的發(fā)展、品種的擴(kuò)延及制品質(zhì)量要求的提高，塑料壓延機(jī)生產(chǎn)線的研制進(jìn)入了一個高速發(fā)

展的時期。同時，由于在環(huán)保、節(jié)能、安全等方面的要求不斷提高，塑料壓延機(jī)在品種、

提高質(zhì)量、節(jié)能降耗以及自動控制等方面又取得了很大進(jìn)步，不斷向著大型化、高精度、

高效率及高度自動化的方向發(fā)展。

在19世紀(jì)初期開始,膠料的塑煉和混煉主要靠開煉機(jī)來實(shí)現(xiàn).由于開煉機(jī)混煉膠料存

在質(zhì)量差、效率低、勞動強(qiáng)度及工作環(huán)境惡劣等一系列問題。而混煉膠料質(zhì)量的好壞直接

影響著橡膠制品的質(zhì)量和性能，隨著社會的發(fā)展，人們對塑料產(chǎn)品質(zhì)量的需求越來越高，

為了滿足橡膠制品行業(yè)對新膠料和新配方的混煉要求。壓延機(jī)生產(chǎn)廠家不斷地開發(fā)和研究

出各種新系列煉膠機(jī)，密煉機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，在不斷的發(fā)展與改進(jìn)中，其結(jié)構(gòu)更具科學(xué)性，更

適合于自動化操作。密煉機(jī)與開煉機(jī)相比有以下的優(yōu)點(diǎn)：混煉時間短，生產(chǎn)效率高，操作

容易，較好地克服粉塵飛揚(yáng)，減少配合劑的損失，改善勞動條件，減輕勞動強(qiáng)度等。密煉

機(jī)的出現(xiàn)是煉膠機(jī)械的一項(xiàng)重要技術(shù)成果。

關(guān)鍵詞：塑料壓延成型密煉機(jī)

目錄

摘要..................................................................錯誤!未定義書簽。

第1章緒論..............................................................................1

1.1壓延制品的分類及應(yīng)用..............................................................1

1.1.1軟質(zhì)PVC薄膜................................................................1

1.1.2半硬制PVC透明片............................................................2

1.1.3不透明PVC硬片.............................................................2

1.1.4PVC人造革..................................................................2

1.2壓延制品的設(shè)備流程................................................................2

1.3壓延制品的生產(chǎn)過程................................................................4

1.3.1供料階段....................................................................4

1.3.2壓延階段....................................................................4

第2章密煉機(jī)綜述..........................................................................6

2.1密煉機(jī)的發(fā)展......................................................................6

2.2密煉機(jī)的用途和工作原理............................................................6

2.2.1用途.........................................................................6

2.3密煉機(jī)存在的不足..................................................................8

第3章密煉機(jī)總體設(shè)計(jì).....................................................................9

3.1密煉機(jī)主要部件結(jié)構(gòu)特征及的作用...................................................12

3.1.1上部組合....................................................................12

3.1.2主體部分....................................................................12

3.1.3卸料（落門）裝置...........................................................13

3.1.4傳動裝置....................................................................14

3.1.5潤滑系統(tǒng)....................................................................15

3.1.6氣壓系統(tǒng)....................................................................16

3.1.7電控系統(tǒng)....................................................................17

3.1.8液壓系統(tǒng)....................................................................17

第4章密煉機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................................................18

4.1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................................................18

4.1.1轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..............................................................19

4.1.2轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速.................................................................20

4.1.3轉(zhuǎn)子速比....................................................................21

4.1.4轉(zhuǎn)子承受的作用力...........................................................21

4.2密煉室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...................................................................24

4.2.1密煉室強(qiáng)度計(jì)算..............................................................25

4.2.2密煉室壁厚計(jì)算.............................................................26

4.2.3密煉室裝料容量.............................................................27

4.3卸料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................................28

4.3.1受力分析與計(jì)算..............................................................29

4.3.2下頂栓傳動軸的強(qiáng)度計(jì)算.....................................................29

4.3.3鎖緊裝置的計(jì)算.............................................................30

4.3.4旋轉(zhuǎn)油缸的計(jì)算.............................................................31

4.4密封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...............................................................33

4.5密煉機(jī)的冷卻系統(tǒng).................................................................35

4.5.1中空噴淋冷卻................................................................35

4.5.2強(qiáng)制冷卻型..................................................................35

第5章電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)..................................................................37

5.1電氣控制系統(tǒng)構(gòu)造.................................................................37

5.2電氣控制系統(tǒng).....................................................................37

第6章結(jié)論..............................................................................44

致謝..................................................................錯誤!未定義書簽。

參考文獻(xiàn)..................................................................................46

第1章緒論

目前，世界上熱塑性塑料制品的產(chǎn)量達(dá)到塑料制□總產(chǎn)量的80%壓延成型是熱塑性

塑料主要成型方法之一。用塑料壓延方法成型的塑料制品，如塑料薄膜、人造革、復(fù)合地

板等制品約占塑料制品總量的20%以上。塑料壓延成型，伴隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，始于十

九世紀(jì)初期，是在橡膠加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，我國從上世紀(jì)20年代采用壓延機(jī)壓延

成型塑料制品，近幾年的增長速度一直保持在10%以上。

壓延加工的產(chǎn)品也由傳統(tǒng)的軟聚氯乙烯制品發(fā)展到硬片材及塑料合金膜片和丙烯酸

酯片。隨著制品加工工藝的發(fā)展、品種的擴(kuò)延及制品質(zhì)量要求的提高，塑料壓延機(jī)生產(chǎn)線

的研制進(jìn)入了一個高速發(fā)展的時期。

壓延成型是生產(chǎn)高聚物薄膜和片材的主要方法，它是將加熱接近粘流溫度的混煉膠，

通過幾個相對旋轉(zhuǎn)或相向旋轉(zhuǎn)著的平行輯筒之間的相隙，使其受到擠壓和延展作用，得

到表面光滑的薄片狀連續(xù)制品，調(diào)節(jié)最后一道輻筒間隙以控制制品的厚度，然后通過引

離輯把制品從壓延機(jī)上剝離下來，再經(jīng)冷卻定型即為成品。壓延成型與擠出成型、注射

成型、模壓成型并列為四大聚合物加工方法。

主要包括物料的配制、混合、塑化和向壓延機(jī)傳輸喂料等幾個工序。壓延法也用于使

織物和鋼絲簾線掛膠，使膠片與膠片、膠片與掛膠織物貼合等。

1.1壓延制品的分類及應(yīng)用

PVC壓延成型會因采用不同的工藝流程而生產(chǎn)出不同的壓延制品。即使同種壓延制品，

其性能也會因配方的不同而有很大的差別，因此它們的應(yīng)用范圍就會有所不同。

1.1.1軟質(zhì)PVC薄膜

作為壓延成型主要產(chǎn)品的軟質(zhì)PVC薄膜，在國民經(jīng)濟(jì)中被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、

醫(yī)療衛(wèi)生和日常用品等方面。在工業(yè)方面它主要用作防水覆、汽車頂棚整裝飾、再加工做

成貴重儀器的防震包裝以及被大量用子地下輸油管的防銹、防腐包扎。在農(nóng)業(yè)方面，它經(jīng)

常用于蔬菜的保溫大棚（需經(jīng)過拉寬機(jī)雙向拉伸）以及為防止肥料和水土流失的大田泥下

鋪墊和蓄水池襯墊。在國防工業(yè)方面可用于火炮的防護(hù)覆蓋、偽裝、防原子輻射、急救包

扎、防潮地圖等。在日常生活方面大量制作雨衣、印花布、浴罩、書本封套、票夾、手提

袋、膠粘帶、食品吸塑包裝、充氣塑料玩具等。

1.1.2半硬制PVC透明片

壓延成型的半硬質(zhì)PVC透明片大多用于各種服飾和玩具內(nèi)外包裝材料。

1.1.3不透明PVC硬片

壓延成型的不透明PVC薄片可以用作書本封套的硬襯以及作為建筑裝飾材料。把ABS

同PVC共混進(jìn)行壓延得到的硬質(zhì)片材沖擊強(qiáng)度較高,可以直接用作為皮箱外殼、黃油包裝

盒、托盤、汽車或汽艇部件殼體。氯化聚乙烯改性的壓延硬直片材可以用作屋頂建筑材科。

1.1.4PVC人造革

用壓延法生產(chǎn)的PVC人造革物理及力學(xué)性能好，可以用作旅行袋、手提包、皮箱、皮

鞋和帳篷，既輕便又美觀;經(jīng)過表面處理的壓延PVC人造革,可以制造手套和仿真服裝,其手

感和柔軟程度可與真皮相媲美，根據(jù)后續(xù)壓花紋路的不同，做成各種汽車不同位置的內(nèi)飾

材料。

1.2壓延制品的設(shè)備流程

壓延機(jī)整廠設(shè)備流程包含：計(jì)量系統(tǒng)、混合機(jī)、冷拌機(jī)、密煉機(jī)（亦稱萬馬力機(jī)）或

行星擠出機(jī)、開煉機(jī)（亦稱軋輪機(jī)）、過濾機(jī)、壓延機(jī)主機(jī)（膠布機(jī)）、壓延機(jī)輔機(jī)、卷取

機(jī)等，依生產(chǎn)不同的產(chǎn)品可作不同的搭配。塑料壓延加工成型最主要的對象是聚氯乙烯，

無論是軟質(zhì)薄膜還是硬片?，大都是通過如下工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)的：計(jì)量系統(tǒng)一混煉一塑化

一過濾一壓延一剝離拉伸一冷卻一收卷一稱重。如圖1-1

圖1-1壓延整廠設(shè)備2D流程圖

1.3壓延制品的生產(chǎn)過程

壓延成型的生產(chǎn)過程包括供料和壓延兩個階段，是一個從原料混合、塑化、供料到壓

延的完整連續(xù)生產(chǎn)線。

131供料階段

配料、混合、塑化、向壓延機(jī)傳輸喂料等工序。

1.3.1.1配料

將樹脂及各種助劑按配方比例準(zhǔn)確稱量備用。

1.3.1.2混合

將配料各組按預(yù)定順序加入高速混合機(jī)進(jìn)行充分混合，確保各組分均勻分散、浸潤，

然后轉(zhuǎn)入低速冷混合機(jī)使物料從100℃左右冷卻到60℃以下。

1.3.1.3塑化

混合好的物料可以用四種工藝過程進(jìn)行塑化：密煉機(jī)塑化、開煉機(jī)塑化、擠出機(jī)塑化

和連續(xù)混煉機(jī)塑化。

1.3.1.4供料

塑化后的熔融物料通過傳遞裝置均勻地給壓延機(jī)供料。塑化方式不同供料方式也不

同。

目前，連續(xù)供料方法已經(jīng)取代間歇喂料操作。給壓延機(jī)供料前，必須經(jīng)過金屬探測儀

檢測，否則會給輻輪帶來嚴(yán)重的損傷。

1.3.2壓延階段

壓延階段包括壓延、引離、壓花冷卻、切割卷曲等工序。如圖1-2

1.3.2.1壓延

塑化料經(jīng)過金屬檢測器后加到壓延機(jī)的第一道短隙，被壓延成料片，然后依次通過其

他幾道相隙而逐漸被擠壓和延展成厚度均勻地薄膜和片材。

1.3.2.2引離

通過引離輻的作用，使薄膜或片材從壓延輯上脫離，并對制品進(jìn)行一定的拉伸。引離

相距離最后一個壓延餛75到150mm,中空通流體加熱防止冷拉和增塑劑等揮發(fā)性物質(zhì)凝結(jié)

在表面。

1.3.2.3壓花

若需制品表面有花紋，則進(jìn)行壓花處理。壓花裝置由刻有花紋圖案的壓花鋼輯和橡膠

餛組成。

1.3.2.4冷去［1

薄膜或片材成型后，經(jīng)過若干組冷卻輻冷卻定型。高速壓延時應(yīng)增加冷卻輻的數(shù)量。

1.3.2.5切害（J

冷卻定型后的制品切去不整齊的兩側(cè)毛邊，通過輸送帶送至卷取裝置。這一過程呈平

坦而松弛的狀態(tài)，因此可消除壓延制品的內(nèi)應(yīng)力。

1.3.2.6卷取

使制品成卷狀，以便存儲、運(yùn)輸。

1.3.2.6稱重

對半成品/成品進(jìn)行入庫或者產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)，另外對計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行校正。

由此可以看出，塑料的壓延制品在我們的生產(chǎn)生活中的應(yīng)用還是較為廣泛的，已經(jīng)深

入到生活的各個方面，塑料壓延加工在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和作用是毋庸置疑的。隨著

人們對高質(zhì)量生活水準(zhǔn)的不斷提高，對于應(yīng)用于生活方方面面的塑料制品也提出了更高的

要求。

圖「2壓延設(shè)備成品段流程圖

第2章密煉機(jī)綜述

密煉機(jī)全稱叫做“密閉式煉膠機(jī)”，英文名稱“InternalMixer”，是在開煉機(jī)的基礎(chǔ)

上發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度間隙性的混煉設(shè)備。

2.1密煉機(jī)的發(fā)展

1820年發(fā)明開煉機(jī)以后，使橡膠工業(yè)發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變，但由于開煉機(jī)存在許多缺點(diǎn),

比如勞動強(qiáng)度大，效率低，粉塵大等，嚴(yán)重影響人的身體健康，于是人們開始考慮能否把

這一加工設(shè)備用一個罩子把它罩起來，就逐步發(fā)展成密煉機(jī)。真正意義上的Banbury（本

伯里）型密煉機(jī)在1916年最早是由西德W&P公司的一名商業(yè)工程師（英國人）根據(jù)該公

司的原型機(jī)臺設(shè)計(jì)的。

我國密煉機(jī)發(fā)展?fàn)顩r是：解放前是空白，解放后國產(chǎn)密煉機(jī)逐步發(fā)展起來了。我國第

一個制造密煉機(jī)的廠家是大連橡塑機(jī)廠，首先仿蘇生產(chǎn)了PC—2140/20L密煉機(jī)，經(jīng)過幾

十年的發(fā)展已有許多廠家能生產(chǎn)多種型號和規(guī)格的密煉機(jī)。如圖2-1

2.2密煉機(jī)的用途和工作原理

2.2.1用途

經(jīng)過初混的塑料原料通過密煉機(jī)進(jìn)行塑煉和混煉。塑煉和混煉的目的是改善成型加工

性能，或改變原料的內(nèi)在性能。塑煉是使彈性生料變成可塑性狀態(tài)的工藝加工過程?；鞜?/p>

分為母煉和終煉。母煉是由塑煉好的片狀膠片投入混煉室再投入配合劑等在密煉室內(nèi)進(jìn)行

混煉，使原材料達(dá)到要求的分散性、分布性和黏性。終煉為利用一對轉(zhuǎn)子互相配合和旋轉(zhuǎn)

的葉片（通常呈Z形）所產(chǎn)生強(qiáng)烈剪切作用而使半干狀態(tài)的或膠狀粘稠塑料材料能使物料

迅速反應(yīng)從而獲得均勻混合攪拌的效果。

2.2.2工作原理

膠料與配合劑從加料斗加入密煉室，裝料完畢將加料門關(guān)閉，壓料裝置的重錘下，對

物料進(jìn)行加壓。密煉室內(nèi)兩轉(zhuǎn)子相對回轉(zhuǎn)，將來自加料口的物料夾住帶入輻縫受到轉(zhuǎn)子的

擠壓和剪切，穿過輻縫后，分別沿前后室壁與轉(zhuǎn)子之間縫隙再回到輯隙上方。在繞轉(zhuǎn)子流

動的一周中，物料處處受到剪切和摩擦作用，使膠料的溫度急劇上升，粘度降低，使膠料

與配合劑表面充分接觸。同時，轉(zhuǎn)子上的凸棱使膠料沿轉(zhuǎn)子的軸向運(yùn)動，起到攪拌混合作

用，使配合劑在膠料中混合均勻。配合劑如此反復(fù)剪切破碎，膠料反復(fù)產(chǎn)生變形和恢復(fù)變

形，轉(zhuǎn)子凸棱的不斷攪拌，使配合劑在膠料中分散均勻，并達(dá)到一定的分散度。使膠料溫

度升高，產(chǎn)生氧化斷鏈，增加可塑度，或使配料分散均勻，從而達(dá)到塑煉或混合的目的。

膠料煉好后卸門打開，膠料由密煉室的下部排料口排出。如圖2一2

圖2-1密煉機(jī)主機(jī)3D結(jié)構(gòu)圖

壓碇

圖2-2密煉機(jī)工作原理示意圖

由于密煉機(jī)的密煉室是密閉的，混合過程中物料不會外泄，因而可避免混合物中添加

劑的氧化和揮發(fā)，并且可以加入液態(tài)添加劑。密煉機(jī)的威力逐漸被人們所認(rèn)識，它在膠料

混煉過程中顯示出來比開煉機(jī)優(yōu)異的一系列特征，如：混煉容量大、時間短、生產(chǎn)效率高;

較好的克服粉塵飛揚(yáng)，減少配合劑的損失，改善產(chǎn)品質(zhì)量與工作環(huán)境；操作安全便利，減

輕勞動強(qiáng)度；有益于實(shí)現(xiàn)機(jī)械與自動化操作等。因此，密煉機(jī)的出現(xiàn)是橡膠機(jī)械的一項(xiàng)重

要成果，至今仍然是塑煉和混煉中的典型的重要設(shè)備。

2.3密煉機(jī)存在的不足

壓延流程密煉機(jī)目前在使用中還存在以下問題：

(1)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對自身壽命及膠料的塑化影響很大；

(2)傳動的聯(lián)結(jié)方式不合理影響機(jī)臺進(jìn)行大功率工作；

(3)密煉室的磨損影響混煉效果；

(4)活動件各處密封效果不好。

為了解決以上種種問題，特設(shè)計(jì)此套密煉機(jī)系統(tǒng)，以改善現(xiàn)有的情況。

第3章密煉機(jī)總體設(shè)計(jì)

密煉機(jī)大都由密煉室底座、密煉室、卸料（落門）裝置、加壓裝置、減速齒輪、主馬

達(dá)、加料裝置、入料口組成。主馬達(dá)、減速齒輪通常用聯(lián)軸器連接，然后通過傳動入力（十

字萬向聯(lián)軸器）入力。附屬設(shè)備有潤滑系統(tǒng)與油壓組。如圖3-1、圖3-2和圖3-3

圖3-1密煉機(jī)整機(jī)3D結(jié)構(gòu)圖

圖3-2密煉機(jī)整機(jī)實(shí)物圖

圖3-3密煉機(jī)整機(jī)2D結(jié)構(gòu)圖

3.1密煉機(jī)主要部件結(jié)構(gòu)特征及的作用

3.1.1上部組合

主要由重錘、上部氣缸、氣缸控制器、加料斗組成，完成配合料加料，混煉過程加壓

工藝。如圖3-4所示

⑥日

9NADA-0016O\fc032x8OStIX

8NBBZ-0221制開關(guān)WL-CA12-2IX

7NACF-0136V-80XM5片/第使

二對ACF-0131比襁L-3002只

5NADA-0092*ULCA-01OOx2OOStIt

4NBBZ-0225R?nWL-CA2-21?

3NACB-0020標(biāo)麒6梟

?NACT-01450乘『30。IX

INACT-00490鯽G-310IX

15BDD00043W1K

14BDD00042嫩1M

13BDD00039中環(huán)建

412BDD00037,麟IX

IIBDD00019封板IX

10BDD00018后雌1只

9BDD00010格槌1只

8BDD00009再IX

7BDD00008解IX

6BDD00007械IX

5BDD00006依瑞IX

4BDD000051人

3BDD00004油團(tuán)魅1只

2BDD00003心豳1只

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泗料f名上規(guī)格單斡6計(jì)*也

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翎RZ■1

M_______w

MBDD-ABDD00201f**

圖3-4密煉機(jī)上部組合2D結(jié)構(gòu)圖

3.1.2主體部分

主要由密煉室攪拌軸止漏銅環(huán)裝置組成，完成對配合混煉剪切熔融工藝。如圖3-5

所示

e

圖3-5密煉機(jī)主體部2D結(jié)構(gòu)圖

3.1.3卸料（落門）裝置

由旋轉(zhuǎn)油壓缸、落門溫度探針、舌板止推裝置組成，完成測溫放料工藝。如圖3-6所

Imu加咖?函

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圖3-6卸料（落門）裝置2D結(jié)構(gòu)圖

3.1.4傳動裝置

由十字萬向軸，雙出軸減速器，主電機(jī)組成為萬馬力提供動力。如圖3-7所示

??4.nBBM-C

圖3-7傳動裝置裝置2D結(jié)構(gòu)圖

3.1.5潤滑系統(tǒng)

DOP由DOP油壓泵、齒輪減速機(jī)、DOP油箱、液位報(bào)警器構(gòu)成，為攪拌機(jī)之止漏銅環(huán)

提供潤滑。如圖3-8所示

潤滑系統(tǒng)主要由循環(huán)冷卻器、過濾器、壓力開關(guān)、配管組成。

7HM^IWHF-37-1HP-1/10-M1gearreducer

6AC立式騏0.75kwx4P-50HZx380VACverticalmotor

5DOPPUMP庭座DOPpumpbase

4DOPPUMP逃DOPpumpoiltank

3MW10CEQlevelmeter

2DOP潤靖油熬P-8R-8

1分配閥divertingvalve

序號名稱規(guī)格

圖3-8潤滑系統(tǒng)圖

3.1.6氣壓系統(tǒng)

由三點(diǎn)組合、電磁閥、速度控制閥、進(jìn)料門氣缸組成。主要功能：控制進(jìn)料門開關(guān),

重錘對物料加壓。如圖3-9所示

圖3-9氣壓系統(tǒng)原理圖

3.1.7電控系統(tǒng)

主要由控制箱，操作機(jī)臺和各種電氣儀表組成，它是整個機(jī)臺的操作中心。

3.1.87（攵壓系統(tǒng)

有泄載調(diào)壓閥、減壓閥、電磁方向閥、速度控制閥、壓力開關(guān)、蓄能器、止漏銅環(huán)壓

緊油缸等組成。作用：向每個轉(zhuǎn)動部位，注入潤滑油，以致減少運(yùn)動部件之間的摩擦，延

長其使用壽命。

第4章密煉機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子式密煉機(jī)的主要零部件之一。其工作部分最大回轉(zhuǎn)直徑和長度決定生產(chǎn)能力大小

的主要參數(shù)。轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)直徑和長度的關(guān)系如下：

L=(1.4—1.75)D

L：轉(zhuǎn)子工作部分長度，mm；

D：轉(zhuǎn)子工作部分最大回轉(zhuǎn)直徑，mm。

其結(jié)構(gòu)與形狀，直接影響密煉機(jī)的工作性能、生產(chǎn)效率和煉膠質(zhì)量。

目前塑料行業(yè)普遍采用的是橢圓形二棱轉(zhuǎn)子，但塑化效果并不好。如圖4-1、圖4-2所

示

圖4-1轉(zhuǎn)子3D外形圖

轉(zhuǎn)子突棱有轉(zhuǎn)子工作部分的兩端呈螺旋形向中心前進(jìn)，一左旋，一右旋，互不相干；

一長一短，互不相連。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特征的主要特征參數(shù)主要由轉(zhuǎn)子工作部分回轉(zhuǎn)直徑及長度、

突棱的長度、突棱的螺旋角、突棱頂?shù)膶挾鹊取＾D(zhuǎn)子各部分尺寸是根據(jù)轉(zhuǎn)子工作部分回轉(zhuǎn)

直徑來確定的。如表4-1所示

表4-1轉(zhuǎn)子各部分主要尺寸關(guān)系

名稱符號數(shù)值

最大回轉(zhuǎn)直徑DD

工作部分長度LL=(1.45~1.7)D

短螺旋軸向長度L1Ll=(0.38?0.43)L

長螺旋軸向長度L2L2=(0.70—0.72)L

螺旋棱部分壁厚SS=(0.085-0.09)D

轉(zhuǎn)子軸徑dd=(0.51~0.58)D

傳動端直徑dldl=(0.8-0.95)d

內(nèi)孔直徑d2d2=(0.4-0.6)cl

當(dāng)轉(zhuǎn)子工作部分回轉(zhuǎn)直徑D確定后，可根據(jù)表4-1算出各部分的主要尺寸。

轉(zhuǎn)子工作部分設(shè)計(jì)原理圖:短螺旋棱在側(cè)視圖上的投影所對中心角為長螺旋棱在

側(cè)視圖上的中心角為42。如圖4-3所示

△1=360。4P2=360。4

-2

算出在側(cè)視圖上長短螺旋棱所對應(yīng)的中心角夕2和夕1。

圖4-3轉(zhuǎn)子工作部分設(shè)計(jì)原理圖

4.1.2轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是密煉機(jī)主要性能指標(biāo)之一，它直接影響密煉機(jī)的生產(chǎn)能力、功率小消耗、

煉膠質(zhì)量等。從流變分析中知，轉(zhuǎn)子棱頂與密煉室內(nèi)壁間隙處的剪切速率？可概略地從下

?V_7iDn

是求得：/

?：剪切速率，1/s;

U：轉(zhuǎn)子外圓回轉(zhuǎn)線速度，m/s；

H：轉(zhuǎn)子棱頂與密煉室內(nèi)壁間隙，mo

\=7iDn

D：轉(zhuǎn)子外圓直徑，m；

N：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，pr/s()

對于某一臺密煉機(jī)來說，h是個常數(shù)，剪切速率的大小，僅有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速而定。即是

說，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，剪切速率越大，叫料變形越快，捏煉效果越好，且可縮短混煉時間。

然而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高在一定條件下是有限的，因?yàn)?，一般來說，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，膠

料溫度也升高，從而膠料粘度下降，使剪切應(yīng)力減小，結(jié)果可能導(dǎo)致降低分散效果。反之,

速度過低，因剪切速率小，減少了剪切應(yīng)力，也會降低捏煉效果。在第一段混煉時，一般

排膠溫度控制在150?170℃以下，否則除了會引起分散不良外，還易事膠料發(fā)生化學(xué)變質(zhì),

如出現(xiàn)熱裂解、凝膠，等。最終混煉為防止焦燒，一般排膠溫度控制在100?120℃以下。

據(jù)此，為了獲得最有效的混煉，也按不同的膠料選擇最適宜的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。如圖4-4所示

圖4-4轉(zhuǎn)子截面捏煉示意圖

4.1.3轉(zhuǎn)子速比

兩個轉(zhuǎn)子的名義速比則由速比齒輪決定，這個名義速比一般為1：1.07~1:1.120對

圓筒形轉(zhuǎn)子速比為io因此這個名義速比值表面上與開煉機(jī)的速比差不多，但是，又與轉(zhuǎn)

子具有突棱，轉(zhuǎn)子表面上每一點(diǎn)具有不同的速度，而兩個轉(zhuǎn)子因有速比齒輪而有不同的轉(zhuǎn)

速，因此，轉(zhuǎn)子之間間隙處的實(shí)際速比也是變化的，物料各部分?jǐn)嚢杷俣纫苍谧兓?，?dǎo)致

紊流加劇，提高捏煉與混煉效果。

4.1.4轉(zhuǎn)子承受的作用力

4.1.4.1扭矩

密煉機(jī)前后轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同，在煉膠時各轉(zhuǎn)子消耗的功率是不等的，但其兩個轉(zhuǎn)子的

扭矩幾乎是相等的。

后轉(zhuǎn)子消耗的功率為:

—!—

Ni=N〃i+々

前轉(zhuǎn)子消耗的功率為：

N2=N"i+"2

轉(zhuǎn)子的扭矩：

N

------

Mkl=Mk2=97500n'+4

N1：后轉(zhuǎn)子消耗的功率，kw；

N2：前轉(zhuǎn)子消耗的功率，kw；

N：電動機(jī)功率，kw；

nl：后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，pr/min；

n2：前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，pr/min；

〃：傳動效率;

Mkl：后轉(zhuǎn)子扭矩，kg/cm；

Mk2：前轉(zhuǎn)子扭矩，kg/cm；

4.1.4.2膠料的作用力

假設(shè)膠料對轉(zhuǎn)子的作用力是作用在突棱表面法線方向，且設(shè)作用力是沿轉(zhuǎn)子工作部分

的長度上均勻分布的。這個力可分解成垂直方向和水平方向兩個分力：

Py=&

Py：膠料對轉(zhuǎn)子作用力的垂直分力，kg；

Mkl：后轉(zhuǎn)子扭矩，kg/cm；

R1：轉(zhuǎn)子工作部分平均半徑，cm0

R'+R〃

Rl=2

則膠料對轉(zhuǎn)子作用力P和水平分力為：

P,

p=sin0

Px=Pytg?

P：膠料對轉(zhuǎn)子的作用力，kg；

Px：P力的水平分力，kg；

膠料卷入兩轉(zhuǎn)子間隙的壓力角。再開煉機(jī)上測得值為0=2?3”，設(shè)計(jì)時推薦0

=10"。密煉機(jī)未測過，可設(shè)0=15?20°(.

q二—

轉(zhuǎn)子所受膠料的均布作用力：1

q=1

q：轉(zhuǎn)子受膠料作用力的垂直均布力，kg/cm；

q'：轉(zhuǎn)子受膠料作用力的水平均布力，kg/cm；

I：轉(zhuǎn)子工作部分長度，cm。

4.1.4.3強(qiáng)度計(jì)算

用后轉(zhuǎn)子為例進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)轉(zhuǎn)子受力情況，先求出支反力，再根據(jù)轉(zhuǎn)子各斷面尺寸，求出各點(diǎn)的彎矩及合成

彎矩。

Mz：任意點(diǎn)的合成彎矩，kg/cm；

Mx：任意點(diǎn)水平方向的彎矩，kg/cm；

My：任意點(diǎn)垂直方向的彎矩，kg/cm；

對危險(xiǎn)截面以疲勞破壞為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，強(qiáng)度條件為：

%=收，+4琮〈生=同

n

巴：任意點(diǎn)斷面所受的合成應(yīng)力，kg/cm2；

%，：任意點(diǎn)斷面的彎應(yīng)力，kg/cm2；

乙：任意點(diǎn)截面的剪應(yīng)力，kg/vm2；

材料的許用應(yīng)力，kg/vm2；

4：材料的屈服極限，kg/cm2；

N：安全系數(shù)，一般取2?3。

任意點(diǎn)的彎應(yīng)力為：

=---

W

任意點(diǎn)的剪應(yīng)力為：

My

W：任意點(diǎn)斷面的抗彎截面模量，cn?；

Wp：任意點(diǎn)的抗剪截面模量，cm'；

由于轉(zhuǎn)子形態(tài)狀復(fù)雜且不規(guī)則，對二棱轉(zhuǎn)子的斷面現(xiàn)在仍近似地當(dāng)作橢圓形截面來計(jì)算

北和Wp。對于四棱轉(zhuǎn)子因它的斷面比二棱的更復(fù)雜。應(yīng)把該斷面復(fù)雜的不規(guī)則的形狀分解

成若干個簡單的規(guī)則的形體；然后應(yīng)用材料力學(xué)求出

Wp=2W

4.2密煉室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

密煉室是密煉機(jī)的另一個主要工作件。在煉膠過程中受著物料的強(qiáng)烈摩擦、擠壓等作

用，其受力情況復(fù)雜，物料對密煉室壁的磨損也是十分嚴(yán)重的。內(nèi)壁磨損后，轉(zhuǎn)子棱頂與

密煉室內(nèi)壁間隙加大，直接影響混煉效果和延長混煉時間，嚴(yán)重者磨壞密煉室壁，使機(jī)器

無法使用。因此對密煉室的材料要求有一定的機(jī)械強(qiáng)度，又要有耐磨性。如圖4-5所示

圖4-5密煉室3D示意圖

一般密煉室材料要求不低于A3鋼。為保證其有耐磨性，可在密煉室內(nèi)壁堆焊耐磨合

金，其堆焊厚度及硬度應(yīng)符合表4—2規(guī)定。

表4-2密煉室內(nèi)壁堆焊耐磨合金的要求

密煉機(jī)有效容量，升4255075150250380

內(nèi)表面堆焊厚度，毫米23333333

端面堆焊厚度，毫米23333333

硬度HRC240404040404040

密煉室的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)時需要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算問題。

4.2.1密煉室強(qiáng)度計(jì)算

由于密煉室的形狀和受力比較復(fù)雜，對密煉室的強(qiáng)度可用近似的方法進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)

算時假定密煉室的法向力集中在矩形板中心（a/2和b/2）處；密煉室是由很多個周邊

固定的矩形平板組成；上頂栓對膠料的壓力，可均勻的傳到密煉室壁上；轉(zhuǎn)子棱頂擠壓剪

切膠料時產(chǎn)生的作用力，近似地認(rèn)為等于轉(zhuǎn)子徑向力，且均布在矩形平板上。

4.2.1.1受力分析

密煉機(jī)工作時，密煉室所受的膠料作用力是不斷變化的。在密煉室內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子棱頂間

隙處，膠料對密煉室壁的作用力pt,它可以看作是均布在矩形平板上的均布載荷qt；此外,

還有在上頂栓作用下，膠料對密煉室壁產(chǎn)生的均布載荷qc。

4.2.1.1.1膠料對密煉室的作用力

Pt=p?ctgO

Pt：膠料對密煉室壁的作用力，kg；

P：轉(zhuǎn)子棱頂?shù)膱A周力，kg；

。：轉(zhuǎn)子法向力與徑向力的夾角。

/?12+/?2-(7?-/?)2

e=arccos223

26?&

R1：轉(zhuǎn)子棱頂回轉(zhuǎn)半徑，cm；

R2：轉(zhuǎn)子基圓和棱頂間過渡圓半徑，cm；

R3：轉(zhuǎn)子基圓半徑，cm。

4.2.1.1.2膠料對相鄰兩板間均布載荷

4=%+/

Q：膠料對相鄰兩板間均布載荷，kg/cm2；

2

Qc：上頂栓傳來的膠料壓力，近似等于上頂栓對膠料的單位壓力，kg/cm;

Qt：轉(zhuǎn)子棱頂與密煉室內(nèi)壁間隙處，膠料對密煉室的均布載荷，kg/cm2o