《輪胎胎面膠組成的設(shè)計與制造探究》11000字（論文）

前言輪胎胎面膠組成的設(shè)計與制造研究摘要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平不斷提升，但隨之而來的是環(huán)境的污染日益嚴重，尤其是各種不斷排放的廢棄，導致氣溫的不斷升高，極大的惡化了全球環(huán)境，環(huán)境的問題已經(jīng)嚴重的威脅到人類的生存與發(fā)展。本文主要介紹胎面膠的主要組成成分，通過對胎面膠成分中的天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）、炭黑、白炭黑、氧化鋅等的的分析，以及對現(xiàn)在新型材料對傳統(tǒng)材料的對比分析，來設(shè)計新的低碳輪胎胎面膠配方，以達到節(jié)能減排的目的，同時符合降低輪胎滾動阻力、提高安全性能、減少油耗等性能要求。通過對生產(chǎn)規(guī)模的計算、半成品和原材料消耗的計算、生產(chǎn)設(shè)備臺數(shù)的計算、動力介質(zhì)消耗量的計算等選定生產(chǎn)方法，設(shè)計低碳輪胎胎面膠的制造工藝流程。關(guān)鍵詞：胎面膠，配方設(shè)計，工藝流程，低碳，物料衡算目錄22907畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 而汽車作為最為廣泛的交通工具，是主要的能耗與廢棄產(chǎn)生源之一，各個國家的排放法規(guī)都在不斷降低汽車各類有害物質(zhì)的排放標準，但汽車的保有量在不斷的增長，依舊加劇了對環(huán)境的污染，世界各國的輪胎生產(chǎn)廠家，都將環(huán)保、節(jié)能、低碳作為輪胎的設(shè)計研發(fā)主要方向，胎面膠作為輪胎的主要構(gòu)成之一，低碳輪胎胎面膠的設(shè)計與制造，能降低能耗與廢氣的產(chǎn)生，減小對環(huán)境的污染。橡膠輪胎胎面膠作為輪胎最外層與路面接觸，有著使輪胎具備牽引力，減緩駕駛時對整體的沖擊等等作用，是至關(guān)重要的部分。輪胎胎面膠通常選用天然橡膠、丁苯橡膠、順式異戊橡膠和順丁橡膠等作為主要組成部分制造，同時白炭黑、炭黑、硬脂酸、氧化鋅、偶聯(lián)劑、硫化劑和促進劑等作為添加劑添加。本課題主要為輪胎胎面膠組成的設(shè)計與制造，通過對胎面膠配方的設(shè)計，以達到降低滾動阻力，提高其耐磨性能，降低油耗，減少廢氣排放，提高駕駛的安全性能的作用，通過現(xiàn)在新型材料與傳統(tǒng)材料的對比，全面淘汰非環(huán)保原料和助劑，采用無污染的橡膠及加工助劑的配方。采用新型的加工方式，降低低碳輪胎胎面膠制造能耗，減少膠料停放、周轉(zhuǎn)占地，大幅度減少煉膠時間，提高生產(chǎn)效率，明顯提高煉膠質(zhì)量，淘汰傳統(tǒng)煉膠技術(shù)。解決降低低碳輪胎滾動阻力問題，降低有害物質(zhì)的排放，提高耐磨性、牽引性、高回彈、散熱性等性能問題。REF_Ref168484390\r\h錯誤！未找到引用源。REF_Ref168484424\h錯誤！未找到引用源。PAGE6PAGE3第1章低碳輪胎胎面膠介紹1.1國內(nèi)外現(xiàn)狀1.1.1國外現(xiàn)狀隨著“米其林”在上世紀提出了“綠色輪胎”的概念，輪胎設(shè)計與制造對環(huán)境影響的問題也不斷出現(xiàn)在人們的視野上，其中所提出的“綠色輪胎”概念為，采用新型的材料與新設(shè)計方案，降低輪胎的滾動阻力，從而降低能耗、降低廢氣排放量等，以實現(xiàn)環(huán)保能力。而汽車作為最為廣泛的交通工具，是主要的能耗與廢棄產(chǎn)生源之一，各個國家的排放法規(guī)都在不斷降低汽車各類有害物質(zhì)的排放標準，但汽車的保有量依舊在不斷增長，現(xiàn)在傳統(tǒng)汽車向依舊加劇了對環(huán)境的污染，世界各國的輪胎生產(chǎn)廠家，都將環(huán)保、節(jié)能、低碳作為輪胎的設(shè)計研發(fā)主要方向，胎面膠作為輪胎的主要構(gòu)成之一，低碳輪胎胎面膠的設(shè)計與制造，能降低能耗與廢氣的產(chǎn)生，減小對環(huán)境的污染。2009年在哥本哈根召開了世界氣候變化峰會，會上提出了關(guān)于發(fā)展低碳經(jīng)濟、降低溫室氣體排放的行動。2010年11月，在坎昆召開的世界氣候變化峰會上落實了各國應承擔的義務。我們國家是溫室氣體的排放大國，占世界能耗量的15%，承擔著發(fā)展中國家必須承擔的節(jié)能減排義務。隨著歐盟在2012年11月開始正式實施輪胎標簽法，法規(guī)中對于輪胎滾動阻力影響、輪胎對濕滑路面抓地力、外部噪音等有著明確的要求，歐盟輪胎標簽法的實施對推進低能、低噪音性能輪胎有著重要的作用，而在2013年初，中國輪胎年產(chǎn)量占世界的三分之一，在運往歐洲的輪胎中，其中一半達不到歐盟標簽法的要求標準，隨著輪胎標簽法的實施，也導致國內(nèi)輸往歐洲輪胎性能要求的不斷上升。2015年綠色輪胎已經(jīng)達到了總輪胎量的30%，同時工藝已經(jīng)達到了低溫連續(xù)混煉，連續(xù)生產(chǎn)，硫化控制和通訊一體化技術(shù)，使得占地所需面積降低50%~90%，節(jié)省基建所需的投資。120多年的發(fā)展，經(jīng)過斜交胎和子午線輪胎的兩次技術(shù)革命，汽車輪胎不斷向著綠色、安全和智能方向發(fā)展，不斷的提高汽車輪胎的性能。2018年全球輪胎的需求量達到了18億條，2019年市場的需求量增長到了18.22億條，輪胎的主導地位為普利司通、米其林和固特異三家企業(yè)。1.1.2國內(nèi)現(xiàn)狀隨著歐盟輪胎標簽法的頒布，中國橡膠工業(yè)協(xié)會也在2014年發(fā)布了《綠色輪胎技術(shù)規(guī)范》，對輪胎的污染排放、性能要求、安全性提出了要求，同年又發(fā)布了《綠色輪胎環(huán)保原料指南》，對于原料的使用也提出了建議和規(guī)范要求。目前世界上的輪胎不斷向著智能化、免充氣、長壽化、環(huán)?；粩喟l(fā)展，2015年時，全國生產(chǎn)的輪胎條數(shù)為9.25億條，占世界總產(chǎn)量的32.3%。隨著經(jīng)濟規(guī)模的不斷擴大，形成完整的生產(chǎn)鏈之后，從300萬~600萬條的生產(chǎn)規(guī)模增長到了1000萬~1500萬條?，F(xiàn)在國內(nèi)的汽車輪胎也不斷向著綠色、安全和智能方向發(fā)展。隨著加工工藝的發(fā)展，2015年薩馳華辰機械開發(fā)出一次法成型機，生產(chǎn)效率相較傳統(tǒng)的提高了30%，北京敬業(yè)機械公司開發(fā)全自動，利用這一技術(shù)建成1200萬條的生產(chǎn)線。傳統(tǒng)的混煉工藝都是多段高溫混煉，要經(jīng)過多次的升降溫，大量的能量損耗在升降溫的過程中，有著能耗大、耗時長、效率低等缺點，開始由傳統(tǒng)的多段高溫混煉向著低溫一次混煉工藝轉(zhuǎn)換，低溫一次混煉法可以實現(xiàn)全程自動化控制，實現(xiàn)碎料、稱量、煉膠一體，除去傳統(tǒng)的重復升降溫，同時可減少膠料的停放，膠料等原材料所需的周轉(zhuǎn)面積，大幅度的縮短煉膠的時間，提高生產(chǎn)效率，明顯的提升煉膠質(zhì)量。1.2胎面膠輪胎由胎面、胎肩、胎側(cè)、胎圈、胎面溝紋、防擦線、標志線、胎踵、胎圈底面等所組成。輪胎胎面膠是輪胎最外層與路面接觸而表面印有花紋的一層膠料，使的輪胎具有牽引力、抗沖擊等性能，防止簾線層的割破和刺穿，要有著高度的耐磨性能、耐疲勞性能、良好的耐老化性能，較高的拉伸強度、彈性和強韌性，以及行駛時低的生熱性。胎面膠有著高性能輪胎胎面膠、乳聚丁苯橡膠輪胎胎面膠、低碳輪胎胎面膠等，低碳輪胎胎面膠具有綠色輪胎的特點是同時具有低滾動阻力、高抗?jié)窕约案吣湍バ?。胎面膠設(shè)計旨在通過對原材料的選擇配比，達到安全、節(jié)能、環(huán)保的目的。低碳輪胎胎面膠可降低輪胎的滾動阻力，提高耐磨性能，提高輪胎的使用壽命，降低汽車行駛過程中所消耗的燃油，以減少二氧化碳及其它有害物質(zhì)的排放，提高汽車的性價比。1.2.1胎面膠的組成傳統(tǒng)輪胎胎面膠的生膠種類的選擇通常為天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）、聚丁二烯橡膠（BR）、聚異戊二烯橡膠（IR）、丁基橡膠（IIR）等，以及白炭黑、炭黑、硬脂酸、氧化鋅、偶聯(lián)劑、硫化劑和促進劑等。天然橡膠（NR）作為最常用的生膠種類之一，有著優(yōu)越的耐磨性、耐切割性能、耐老化性能、耐臭氧性、耐發(fā)熱性、耐低溫性、制造工藝性等，不僅如此，對與其相反的性能也同樣非常優(yōu)越，有著非常優(yōu)越的綜合性能，性能最為優(yōu)越，不過價格較為昂貴。而另一種具有代表性的丁苯橡膠（SBR），是通過加入炭黑和石油作為增強劑和輔助劑而制得的有著良好分散性的均質(zhì)橡膠，其價格較為低廉，有著優(yōu)良的耐磨性和防濕路面打滑性能、滯后損失小、動態(tài)性能和耐屈撓性能良好，但是與天然橡膠相比較的話，更為容易發(fā)熱，撕裂強度和拉伸強度差，加工性能不足。聚異戊二烯橡膠（IR）的性能大致上與天然橡膠的性能相似，強度略差，價格不菲，但電氣性能以及加工性能優(yōu)良，而且制品外觀精美。丁基橡膠（IIR）具備優(yōu)良的抗熱、抗臭氧和抗藥品能力，空氣不透過性好，但機械強度和彈性較低，還有制造時粘接性能差等缺點，適合作用于內(nèi)胎和無內(nèi)胎化輪胎的內(nèi)襯墊。除去作為主要生膠的天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）、聚丁二烯橡膠（BR）、聚異戊二烯橡膠（IR）、丁基橡膠（IIR）等，還需要添加白炭黑、炭黑、硬脂酸、氧化鋅、偶聯(lián)劑、硫化劑和促進劑等。橡膠的配合劑主要為硫化劑和補強劑，生橡膠的碳原子并不是直線排列，有著一定的立體角回旋熱運動，整個長度的橡膠分子鏈產(chǎn)生不規(guī)則形狀的微布朗運動，若加上一定應力，經(jīng)過一段時間后，分子間會產(chǎn)生相互位移，產(chǎn)生塑性變形，所以需要在生橡膠中加入少量硫磺，并經(jīng)過很好混煉，使硫磺均勻分散后，加熱一段時間后，分子鏈依靠硫磺與其它分子鏈連接，使得分子間不在獨立，使得生膠的可塑性減小，彈性增加，物理機械性能提高。橡膠通常加入大量的碳黑作為補強劑，碳粒子表面與橡膠結(jié)合的非常好，使得其耐磨性能好，而且價格低廉。其中，碳黑碳的數(shù)量、種類、碳粒直徑的分布、分散的難易程度、碳粒子的形狀、表面的凹凸性以及吸附性，對橡膠的性能都有著重要的影響。傳統(tǒng)載重汽車的輪胎胎面膠，主要由70%的天然橡膠和30%的丁苯橡膠構(gòu)成，或者由50%的聚丁二烯橡膠與50%的天然橡膠構(gòu)成。第2章低碳輪胎胎面膠配方設(shè)計2.1.低碳輪胎胎面膠性能要求輪胎胎面膠作為輪胎直接與地面接觸的部分，與地面接觸不斷地磨損，所以必須要具備高度的耐磨性能，以及降低因與地面摩擦生熱能力，要有著良好的耐老化能力，較高的拉伸強度、彈性和強韌性，同時需要有適當?shù)挠捕群偷偷挠谰米冃危竽颓鼡稀?.2低碳輪胎胎面膠設(shè)計目的和手段低碳輪胎胎面膠的設(shè)計主要是為降低有害物質(zhì)的排放，減少汽車對環(huán)境的污染，在輪胎CO2的排放占比中，橡膠與原料約占4%、輪胎生產(chǎn)約占2%、輪胎的使用約占87%、輪胎的報廢處理約占6%、其余約占1%。在汽車的行駛過程中，能量會被各種阻力所消耗，滾動助力是影響汽車燃油效率的重要影響因素。滾動阻力發(fā)生的主要原因是由于在輪胎變形時的遲滯損失，約占滾動阻力的90%~95%，所以橡膠遲滯能量損失用來表征滾動助力產(chǎn)生的能量損失，損耗因子（tanδ）是用來描述橡膠遲滯的物理量，損耗因子與滾動助力系數(shù)成正比。期望通過降低胎面膠與地面的滾動阻力來減少其中的能量損失，同時采用新型材料，淘汰以及全面淘汰非環(huán)保原料和助劑，采用無污染的橡膠及加工助劑的配方，達到高耐磨性、高扯斷強度、彈性、撕裂強度、耐磨性、耐老化性能，同時耐屈撓、發(fā)熱小的能力。2.3低碳輪胎胎面膠原料的選取2.3.1天然橡膠、丁苯橡膠、聚丁二烯橡膠、聚異戊二烯橡膠、丁基橡膠的選擇輪胎胎面橡膠材料對于輪胎胎面膠的滾動阻力、耐磨性能等有著很重要的影響相較傳統(tǒng)的天然橡膠，新的改性天然橡膠有還氧化天然橡膠（ENR）和接枝天然橡膠，NR膠乳加入乳化劑，通過恒溫、攪拌、甲酸酸化，加入定量的H2O2，得到還氧化ENR乳膠，再乙醇破乳、洗滌、干燥后得到ENR干膠，還氧化天然橡膠有著更好的氣密性、粘合性、耐濕滑性和耐油性，可以與白碳黑緊密結(jié)合，可降低滾動助力和提高濕滑路面的抓著力，也有著很好的耐磨性。天然橡膠還氧化改性：天然橡膠乳膠加入乳化劑后恒溫攪拌，再經(jīng)過甲酸酸化，后加入定量的H2O2，得到環(huán)氧化ENR乳膠，最后經(jīng)過乙醇破乳和洗滌、干燥后得到ENR天然橡膠干膠。溶聚丁苯橡膠（SSBR）是輪胎胎面膠的理想膠種之一，明顯的降低了滾動阻力，解決了損耗因子的減小而導致在濕路上制動性能降低的問題，顯著的提高了抗?jié)窕阅芎湍湍バ阅埽⒏纳屏思庸ば阅?，與ESBR相比，滾動阻力減少了30%，抗?jié)窕阅芴岣?%，耐磨性能提高了10%，可節(jié)能3.6%~6.2%。第三代SSBR僅為一個廣義概念，本質(zhì)是運用集成橡膠理念，將橡膠材料相互矛盾的性能集于一個分子鏈結(jié)構(gòu)中，集合各個橡膠的特點。2.3.2炭黑種類的對比與選取除了輪胎胎面膠的主要組成部分生膠之外，炭黑作為橡膠的補強劑，同樣是橡膠性能的主要影響因素，炭黑的粒徑、結(jié)構(gòu)度、表面活性、品種、用量、分散度主要影響橡膠的耐磨性能。選取四種炭黑N234、N134、N375、N115進行相互對比。表2-1不同炭黑的比表面積和結(jié)構(gòu)度N115N134N234N375吸碘值，g/kg16014212090著色強度，%123131123116氮吸附表面積（NSA）,mm2/計厚度表面積（STSA），mm2/g12413711291DBP吸收值，10-5m3/kg113127125114壓縮樣DBP吸收值，10-5m3/kg9710310296通過采用橡膠材料基本配方：天然橡膠100，炭黑50，硬脂酸2.1，氧化鋅3.5，防護蠟1，硫磺、促進劑2，防膠劑0.15。表2-2不同炭黑填充的橡膠胎面膠物理機械性能N234N115N134N375M300%(MPa)14.5810.6712.1112.93拉伸強度（MPa）26.3426.1226.5626.73扯斷伸長率（%）480568528512TB*EB12643.214836.1614023.6813685.76硬度64626362撕裂（KN/m）10613210676老化后M300%(MPa)18.4514.6516.616.51拉伸強度（MPa）26.4426.2626.4125.25扯斷伸長率（%）432504452448TB*EB11422.0813235.0411937.3211312硬度69676967撕裂（KN/m）671077262炭黑N134，由于其比表面積大，結(jié)構(gòu)度高，使得有效容積比增大，可使得橡膠內(nèi)的有效容積比減小，使得硫化膠的交聯(lián)密度增大，交聯(lián)密度越大其機械性能、定身和拉伸性能較高，可使得橡膠的耐磨性增加，可其壓縮生熱特性在其他碳黑中最高，導致壽命降低。炭黑N234、N375、N134都具有著優(yōu)異的補強性能，復合橡膠定伸性能較高，而碳黑N115具備優(yōu)異的伸長率和撕裂強度，有著良好的耐磨性。2.3.3白炭黑的選取白炭黑（納米二氧化硅）同樣是作為輪胎胎面膠重要的組成部分，由于孤立的單元羥基，距離較近而相互影響的連生羥基和一對羥基連接在同一硅原子上的雙生羥基，這些表面大量羥基的存在，使得白炭黑表面能很高，白炭黑的表面活性基團與改性劑之間相互作用，使得膠料的抗?jié)窕栽黾?，且滾動阻力下降，同時改善了其耐磨性能。同時可以通過對白炭黑的表面改性，使得白炭黑的表面活性羥基和改性劑之間相互作用，加入膠料中后，使得膠料的抗滑性能提升，使得汽車在濕路面行駛過程中的安全性能得到提升，降低與路面接觸的滾動阻力，達到設(shè)計降低滾動阻力的目的，改善其耐磨性能，提高輪胎的使用壽命。表2-3不同結(jié)構(gòu)白炭黑補強SSBR/BR并用膠的物理機械性能編號1165MPWL180VN3T383DNS2拉伸強度/Mpa22.120.620.620.020.0斷裂伸長率/%351407392365440300%定伸應力/Mpa19.415.215.516.412.7斷裂永久形變/%1614141430直角撕裂強度/KN/m39.943.945.447.753.9邵A硬度7171717382動態(tài)切割質(zhì)量損失率/%7.967.577.988.1612.92白炭黑同樣有著各種不同的種類，例如可分散性納米SiO2（DNS系列）、可反應性納米SiO2（RNS—D系列）等等，二氧化硅添加分數(shù)為60phr時，不同種類的二氧化硅對SSBR/NR的力學性能影響不同，其中偶聯(lián)劑Si69具備有較好的加工性能、物理性能、抗?jié)窕阅芎徒档蜐L動阻力的能力。表2-4不同結(jié)構(gòu)白炭黑補強SSB/BR并用膠的DMA測試編號1165MPWL180VN3T383DNS20℃tanδ0.4050.3730.3880.3810.29860℃tanδ0.1510.1210.1260.1410.1212.3.4氧化鋅的代替?zhèn)鹘y(tǒng)輪胎胎面膠中添加的氧化鋅被劃分為對環(huán)境有害物質(zhì)后，全球的橡膠行業(yè)都在尋求氧化鋅的替代品，一些知名品牌的輪胎已經(jīng)推出微鋅或無鋅的膠料配方，相較傳統(tǒng)的氧化鋅，有種以甘油及氧化鋅為基礎(chǔ)原料，輔以催化劑、硬脂酸作為鋅含量調(diào)節(jié)劑及防團結(jié)劑，在特定溶劑中制備成有機鋅復合物。用有機鋅替代氧化鋅，適當降低有機鋅的鋅含量同樣可以起到氧化鋅相當?shù)幕罨Ч?，同時能降低膠料的密度，使分子鏈纏結(jié)點減少，但會導致橡膠基分子鏈間容易發(fā)生相對滑移，使得定伸應力減小，導致拉斷伸長率增大。若是采用鋅質(zhì)量分數(shù)為0.4的綠色有機鋅來代替氧化鋅，可使硫化膠密度降低，60℃下?lián)p耗因子（tanδ）降低，膠料的拉伸強度和撕裂強度增強，使得膠料的門尼粘度減小，讓膠料更加容易混煉，加工安全性能較好生熱稍降低，與傳統(tǒng)輪胎相比的話，綜合性能提高。2.4低碳輪胎胎面膠的配方世界上的輪胎向著子午線化、扁平化、以及無內(nèi)胎化發(fā)展，將傳統(tǒng)配方中的天然橡膠原料替換為還氧化天然橡膠（ENR），還氧化天然橡膠（ENR）有著使低碳輪胎胎面膠有著著更好的氣密性、粘合性、耐濕滑性和耐油性，使得可與白炭黑（SiO2）緊密結(jié)合，降低滾動助力和提高濕滑路面的抓著力，提高汽車行駛的安全性。將傳統(tǒng)配方中的丁苯橡膠（SBR）替換為溶聚丁苯橡膠（SSBR），能夠明顯的降低滾動阻力，顯著的提高耐磨性能和抗滑性能，改善加工性能。由于炭黑N234有著優(yōu)異的補強性能，增強橡膠的定伸性能，在配方中采用炭黑N234。同時加入適量的白炭黑，白炭黑有著孤立的單元羥基，使得膠料抗滑性能增強，同時可以進一步使得滾動阻力降低，增強其耐磨性能。原本傳統(tǒng)的材料無法滿足現(xiàn)在的需求，采用新的材料和原本材料的改性，淘汰原本的氧化鋅非環(huán)保助劑，采用更為環(huán)保的有機鋅，有機鋅在降低鋅含量的同時可以起到氧化鋅同樣劑量時的活化效果，可使得損耗因子（tanδ）降低，增加膠料的拉伸強度和撕裂強度，降低膠料的門尼粘度，使得膠料更加容易混煉，提高綜合性能。低碳輪胎胎面膠配方：還氧化天然橡膠80，溶聚丁苯橡膠20，硬脂酸2，有機鋅3.5，炭黑N23443，白炭黑7，防老劑2.35，防護蠟0.85，硫磺2.8，促進劑2.8，防焦劑0.25。第3章REF_Ref168484495\h錯誤！未找到引用源。PAGE4第3章工藝計算3.1物料衡算3.1.1計算基準設(shè)計年產(chǎn)量橡膠制品合格率產(chǎn)品檢驗率全年生產(chǎn)天數(shù)9000噸99.6%1/6000250天本計劃設(shè)計年生產(chǎn)煉制9000噸低碳輪胎胎面膠。全年天數(shù)-春節(jié)假天數(shù)（3天）-清明節(jié)天數(shù)（1天）-五一假日天數(shù)（1天）-端午假日天數(shù)（1天）-中秋節(jié)假天數(shù)（1天）-國慶節(jié)假天數(shù)（3天）-元旦節(jié)假天數(shù)（1天）-全年雙休日天數(shù)=365-3-1-1-1-1-3-1-104=250天擠出機工作時間為每天24小時，密煉機工作時間為每天22.5小時，則擠出機年工作時間為24×250=6000h，密煉機年工作時間為22.5×250=5625h。設(shè)備無法工作時間核算：設(shè)備大修：擠出機：20天/年=480h/年密煉機：20天/年=450h/年設(shè)備特殊情況停車：擠出機：10天/年=240h/年密煉機：10天/年=225h/年設(shè)備啟動、更換濾網(wǎng)、清洗機頭所需時間為1次/7天，0.5h/次，則總共所需時間為：（250-20-10）×1/7×0.5=110h/年=5天由上述數(shù)據(jù)可計算出設(shè)備實際開車時間為：250-20-10-5=215天；擠出機：215×24=5160h；密煉機：215×22.5=4837.5h設(shè)備的利用系數(shù):：擠出機=0.83；密煉機=0.96；硫化機=0.94。3.1.2生產(chǎn)規(guī)模計算設(shè)計生產(chǎn)年產(chǎn)量：9000噸設(shè)計日生產(chǎn)量：g=Q/d(1-k-f)=Q/d（K-f）=9000/215(1-1/6000-0.004)=42.0356噸其中g(shù)為設(shè)計日產(chǎn)量符號，單位為噸/日；Q為計劃年產(chǎn)量，單位為噸/年；d為全年生產(chǎn)天數(shù)；k為不合格率，%；f為產(chǎn)品的檢驗率；K為合格率，%；G為設(shè)計的年產(chǎn)量，單位為噸/年。3.1.3半成品和原材料消耗定額的計算半成品的消耗定額計算是根據(jù)半成品理論用量和半成品的工藝損耗率所來計算的，半成品的的工藝損耗率是根據(jù)半成品種類、加工方法、加工設(shè)備所來確定的，設(shè)定膠料工藝損耗率為0.002。低碳輪胎胎面膠理論計算：低碳輪胎的胎面是采用同一個配方，為同一種膠料，采用一方一塊的胎面結(jié)構(gòu)進行計算，計算公式如下。A=G/（1-K）B=AgC=Bd其中A為原材料的消耗定額，單位為kg/條;G為原材料的理論用量，單位為kg/條;K為工藝損耗率；B為原材料的日用量，單位為kg；g為設(shè)計日產(chǎn)量，單位為kg/d;C為原材料年消耗量，單位為kg；d為全年生產(chǎn)天數(shù)，d。G=SLρk-g其中S為胎面膠的截面積，單位為dm3;ρ為膠料密度，單位為kg/dm3；L為胎面膠成型后的長度，單位為dm；k為整體胎面膠的質(zhì)量系數(shù)，取1.0。g為胎面膠成型時所割去的胎面膠質(zhì)量，單位為kg。若是生產(chǎn)7.50-20規(guī)格的輪胎胎面膠的話，7.50-20規(guī)格輪胎胎面膠的半成品斷面尺寸和圖形如圖3-1所示。 圖3-1輪胎胎面半成品斷面圖7.50-20規(guī)格的輪胎胎面膠，其成型的長度為2235mm，膠料的密度為1.12kg/dm3，整體胎面膠的質(zhì)量系數(shù)取1.0，成型時所要割去的胎面膠質(zhì)量為0.08kg，在生產(chǎn)中，生產(chǎn)的工藝損耗率為0.003。胎面膠的截面積S=（4.8×0.03）+[（2.1+1.43）×（0.24-0.03）]/2=0.51465dm3一條輪胎胎面膠理論用量G=SLρk-g=0.51465×22.35×1.12×1.0-0.08=12.8027kg/條原材料的消耗定額A=G/（1-K）=12.8027/（1-0.003）=12.8412kg/條低碳輪胎胎面膠的配方為還氧化天然橡膠80，溶聚丁苯橡膠20，硬脂酸2，有機鋅3.5，炭黑N23443，白炭黑7，防老劑2.35，防護蠟0.85，硫磺2.8，促進劑2.8，防焦劑0.25。其中原料配方的總用量s=164.55份還氧化天然橡膠的用量：m=80/164.55=0.486（48.6%）一條輪胎中的胎面膠理論還氧化天然橡膠的理論用量：G=12.8027×48.6%=6.2221kg/條還氧化天然橡膠工藝損耗率為0.003，還氧化天然橡膠在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=6.2221/（1-0.003）=6.2408kg/條溶聚丁苯橡膠的用量：m=20/164.55=0.1215（12.15%）一條輪胎中的胎面膠理論溶聚丁苯橡膠在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×12.15%=1.5555kg/條溶聚丁苯橡膠的工藝損耗率為0.003，溶聚丁苯橡膠在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=1.5555/（1-0.003）=1.5602kg/條炭黑N234的用量：m=43/164.55=0.2613（26.13%）一條輪胎中的胎面膠理論炭黑N234在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×26.13%=3.3453kg/條炭黑N234的工藝損耗率為0.005，炭黑N234在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=3.3453/（1-0.005）=3.3622kg/條白炭黑的用量：m=7/164.55=0.0425（4.25%）一條輪胎中的胎面膠理論白炭黑在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×4.25%=0.5441kg/條白炭黑的的工藝損耗率為0.005，白炭黑在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=0.5441/（1-0.005）=0.5468kg/條硬脂酸的用量：m=2/164.55=0.0122（1.22%）一條輪胎中的胎面膠理論硬脂酸在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×1.22%=0.1561kg/條硬脂酸的的工藝損耗率為0.006，硬脂酸在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=0.1561/（1-0.006）=0.1571kg/條有機鋅的用量：m=3.5/164.55=0.0213（2.13%）一條輪胎中的胎面膠理論有機鋅在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×2.13%=0.2727kg/條有機鋅的的工藝損耗率為0.005，有機鋅在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=0.2727/（1-0.005）=0.2741kg/條防老劑的用量：m=2.35/164.55=0.0143(1.43%)一條輪胎中的胎面膠理論防老劑在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×1.43%=0.1831kg防老劑的的工藝損耗率為0.005，防老劑在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=0.1831/（1-0.005）=0.1840kg/條防護蠟的用量:m=0.85/164.55=0.0052（0.52%）一條輪胎中的胎面膠理論防護蠟在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×0.52%=0.0666kg/條防護蠟的的工藝損耗率為0.004，防護蠟在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=0.0666/（1-0.004）=0.0668kg/條硫磺的用量：m=2.8/164.55=0.0170(1.70%)一條輪胎中的胎面膠理論硫磺在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×1.70%=0.2176kg/條硫磺的的工藝損耗率為0.005，硫磺在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=0.2176/（1-0.005）=0.2187kg/條促進劑的用量：m=2.8/164.55=0.0170(1.70%)一條輪胎中的胎面膠理論促進劑在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×1.70%=0.2176kg/條促進劑的的工藝損耗率為0.006，促進劑在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=0.2176/（1-0.006）=0.2189kg/條防焦劑的用量：m=0.25/164.55=0.0015（0.15%）一條輪胎中的胎面膠理論防焦劑在輪胎胎面膠中的理論用量：G=12.8027×0.15%=0.0192kg防焦劑的的工藝損耗率為0.005，防焦劑在輪胎胎面膠中的消耗定額計算：A=G/（1-k）=0.0192/（1-0.005）=0.0193kg表3-1生膠及配合劑含有率、有效用量、消耗定額計算結(jié)果原料名稱ENRSSBRN234白炭黑硬脂酸有機鋅配方用量802043723.5各原料含有率0.4860.12150.26130.04250.01220.0213各原料含有率（%）48.6%12.15%26.13%4.25%1.22%2.13%各原料有效用量6.22211.55553.34530.54410.15610.2727各原料工藝損耗率0.0030.0030.0050.0050.0060.005各原料消耗定額6.24081.56023.36220.54680.15710.2741原料名稱防老劑防護蠟硫磺促進劑防焦劑合計配方用量2.350.852.82.80.25164.55各原料含有率0.01430.00520.01700.01700.00151各原料含有率（%）1.43%0.52%1.70%1.70%0.15%100各原料有效用量0.18310.06660.21760.21760.019212.8027各原料工藝損耗率0.0050.0040.0050.0060.005各原料消耗定額0.18400.06680.21870.21890.019312.8489第3章標題PAGE8PAGE5第4章設(shè)備的選取與選擇4.1低碳輪胎胎面膠生產(chǎn)工藝的選擇傳統(tǒng)的煉膠技術(shù)為通常為多段混煉，若是采用更為先進的低溫一次混煉工藝的話，相較于傳統(tǒng)的多段混煉，傳統(tǒng)的多段混煉工藝需要進行多段升降溫，在升降的過程中浪費大量的能量，在物料的升降溫過程中，同時需要物料的周轉(zhuǎn)停放，占據(jù)大量的空間位置，有著能耗大、耗時長、效率低等缺點。低溫一次煉膠法可以減去煉膠在升降溫過程的能量消耗，除去傳統(tǒng)的重復升降溫，實現(xiàn)全程自動化控制，實現(xiàn)碎料、稱量一體化，減少膠料所需的周轉(zhuǎn)停放，大幅度的縮短煉膠所需的時間，提高生產(chǎn)效率，同時明顯的提高煉膠質(zhì)量。4.2開放式煉膠機4.2.1開放式煉膠機型號的選擇開放式煉膠機主要進行膠料的補充混煉，對生膠進行塑煉和混煉，選擇塑煉機類型的開放式煉膠機，采用XK-550型號的開煉機。表4-1開煉機規(guī)格和主要技術(shù)特征型號XK-550前輥650mm后輥650mm工作部分長度2100mm前輥速度32m/min后輥速度34.6m/min最大輥距15mm速比1:1.08電機功率110KW煉膠容量135~165kg/次前輥光滑面后輥光滑面外形尺寸6360mm×2580mm×2300mm4.2.2開放式煉膠機生產(chǎn)能力的計算計算公式如下：Q=60Vρ/tV=（0.0065~0.0085）DL式中，Q為開放式煉膠機的生產(chǎn)能力，單位為kg/h；V為一次的裝料量，單位為L；ρ為所加入膠料的密度，單位為kg/L；t為煉膠周期，單位為min；D為輥筒工作部分的直徑，單位為cm；L為輥筒工作部分的長度，單位為cm;V=（0.0065~0.0085）DL=(0.0065~0.0085)210cm×55.0cm所得到一次裝料量的范圍為75.075L~98.175L。將V=75.075L~98.175L，ρ=1.12kg/L，t=20min代入Q=60Vρ/t得開放式煉膠機生產(chǎn)能力為252.252kg/h~329.868kg/h，用XK-550型開煉機，可讓其每小時混煉300kg。4.2.3開放式煉膠機生產(chǎn)設(shè)備臺數(shù)的計算設(shè)備理論臺數(shù)計算式如下：A=B/QCE=A/T(1-α)式中A為理論上每小時所需要開放式煉膠機所需要的臺數(shù)；Q為設(shè)備的生產(chǎn)能力，單位為kg/h；C為設(shè)備的利用系數(shù)，為0.96;E為理論上每小時所需要開放式煉膠機所需要的臺數(shù)；T為每日生產(chǎn)的小時數(shù)，為24小時；α為設(shè)備的檢修系數(shù)，為0.033。設(shè)計年生產(chǎn)9000噸低碳輪胎胎面膠的話，理論上一臺開放式煉膠機完成一日工作量所需的小時數(shù)：A=B/QC=42035.6kg/（300kg/h×0.96）=145.9569h理論上開放式練膠機所需的臺數(shù)為：E=A/T(1-α)=146.9569/24×（1-0.033）=6.2890臺。理論上用于混煉生產(chǎn)的XK-550型開煉機的理論臺數(shù)為6.2890臺，則設(shè)計的臺數(shù)取7臺。XK-550型開煉機的設(shè)備利用率為：K=E/F=6.2890/7=0.8984,即89.84%，工作制度為三班制度。4.3密閉式式煉膠機4.3.1密閉式煉膠機型號的選擇采用XM-50規(guī)格的密閉式煉膠機。表4-2國產(chǎn)轉(zhuǎn)子相切型密煉機的主要技術(shù)特征機械型號XM-50密煉室總?cè)莘e/L50密煉室工作容積/L30轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速/（r/min）40轉(zhuǎn)子速比1:1.19上頂栓單位壓力/MP0.219壓縮空氣壓力/MPa0.6~0.8空氣消耗量/（m3/h）冷卻水壓力/MPa0.3~0.4冷卻水消耗量/（m3/h）9轉(zhuǎn)子軸承滾動軸承卸料裝置形式擺動式主電機：型號Y315S-6功率/KW75電壓/V380轉(zhuǎn)速/（r/min）980外形尺寸/m4.2×1.92×3.15總質(zhì)量/t11備注夾套冷卻4.3.2密閉式煉膠機生產(chǎn)能力的計算密閉式密煉機的生產(chǎn)計算方法如計算開放式煉膠機生產(chǎn)能力計算方法類同。將V=30L，ρ=1.12kg/L，t=6min代入Q=60Vρ/t得，密閉式煉膠機生產(chǎn)能力：Q=60Vρ/t=60×30×1.12/6=336kg/h4.3.3密閉式煉膠機生產(chǎn)設(shè)備臺數(shù)的計算密閉式密煉機的生產(chǎn)設(shè)備理論臺數(shù)的計算如計算開放式煉膠機的理論臺數(shù)的計算方法類似。密煉機的設(shè)備利