全液压式实验密炼机中混炼及密封部分的设计及计算-毕业论文.doc

1、青岛科技大学本科毕业设计（论文）1前言密炼机的全称是密闭式炼胶机。20 世纪初期以前人们主要靠开炼机进行橡胶的混炼和塑炼。利用开炼机炼胶存在着很多缺点，炼出的胶料质量差、炼胶效率低下、人工力需求大、环境污染严重等一系列问题。为了克服这些问题密人们逐渐生产了密炼机，密炼机的产生是以开炼机为基础的。随着人们对橡胶和塑料需要的日益增加以及科学技术的不断发展，密炼机越来越受到人们的重视，可用于橡胶塑共混还可以用于其他橡胶材料的共混，再生胶料混炼等。由于其独特的优越性密炼机已成为橡胶机械关键设备之一。当代炼胶工艺的橡胶机械设备已经无法离开密炼机，密炼机的用途在橡胶行业应用非常广泛。普及程度达 80%以上

2、。它和之前传统的开炼机相比有很多优越性，生产效率大大提高，节省了大量的人力，混炼出的胶料质量更好，而且污染小，有利于建设环境友好型社会。高分子材料加工时混炼工艺是最基本和最重要的。混炼工艺目前最常用的设备有开炼机、密炼机、和螺杆挤出机三种。对于塑料的加工多用于单螺杆挤出机和双螺杆挤出机，少部分有特殊要求的塑炼混炼用开炼机和密炼机。在橡胶加工过程中，橡胶结构形状和性能的原因，人们很少使用螺杆挤出机作为进行混炼，在过去开炼机是橡胶混炼的主要混炼设备。但是开炼机混炼时气味太难闻，环境污染严重，浪费严重，而且混炼效果不太理想。所以，除了少数特殊需要的胶料混炼使用胶料外，目前，在橡胶混炼工艺中密炼机是主

3、要设备发挥着重要作用。随着社会发展和人们对橡胶应用的不断提高，新型的材料和新型的橡胶制品不断研发和应用，对密炼机的要求也随之增加。以往的老式密炼机已经逐渐落伍。因此，世界各国都积极进行新型密炼机的研究。本次设计主要任务主要介绍 X(S)M-1 全液压式实验密炼机中混炼及密封部分的设计及计算。X(S)M-1 全液压式实验密炼机混炼及密封部分的设计21绪论现代炼胶工业已经无法离开密炼机，密炼机已经占据了相当重要的地位。随着橡胶行业的不断发展，密炼机作为橡胶机械的基础设备仍然有广泛的发展前景。为了适应当前社会的需要，我们参观了大连橡塑、青岛双星轮胎、青岛元通模具厂，并查阅的大量的文献和资料，本着节能

4、、高效、环保的思想，兼顾旧机器，设计了这次的小型实验型密炼机。本设计主要是密炼机的混炼和密封装置。1.1密炼机的发展及我国密炼机发展现状1.1.1密炼机的发展密炼机自问世以来人们都没停止对其改造和完善。从密炼机的发展情况来看，可以分为以下六个阶段：第一阶段是 19 世纪初期到 19 世纪末期，这一阶段密炼机刚刚出现，是密炼机初期发展阶段，在这个时期伦敦的 Thomas Hancock 设计了“单转子密炼机”和美国公司设计的“石英碾磨机” 。19 世纪末期俄亥俄州出现了“旋转搅拌机” 。第二阶段是 19 世纪末期到 20 世纪初期，早期的混炼技术开始出现。这个时期德国的工业飞速发展，德国人研发了

5、五种类型的密炼机，像 CK 技术系类密炼机和 F 系类密炼机的早期雏形都是在这一阶段研制出来。第三阶段是 20 世纪初期到 20 世纪中期，这个时期橡胶工业发展非常迅速，对密炼机的要求越来越高，在这一时期，德国的康斯塔特斯图加特的魏尔纳尔.普佛莱德瑞公司发明了螺旋形凸棱转子密炼机，胶料的捏炼技术快速发展，CK 系列密炼机得到快速发展和应用。第四阶段 20 世纪中期末，这个时期 Banbury 密炼机问世，并快速发展。这个时期被称为 Banabury 时代。这个时期椭圆形转子由本伯里研发成功。进一步促进了橡胶机械的发展。当代的密炼机在结构设计和原理上都是根据本伯里密炼机为原型进一步发展的。 第五

6、阶段是 20 世纪末。这个时期是新密炼机的快速发展阶段，密炼机发展的鼎盛时期也是这个阶段，这个时期密炼机整体基本结构基本定型，满足了高聚物合成工业的迅速发展的需要。 第六阶段是 20 世纪末之后，这个时期密炼机技术的发展更加完善的阶段。这一时期，密炼机的新技术新成果不断涌现，出现了一系列的混炼理论和新的专利，研究出了许多成果。1.1.2国内密炼机的发展国内的密炼机解放后才逐渐发展起来，解放之前国内没有密炼机。但是发展初期我国炼胶设备的发展与发达国家相比在自动化程度、生产效率、安全性等方面，还有很大青岛科技大学本科毕业设计（论文）3的差距。改革开放以后，我国引进许多世界上先进的密炼机和相关技术知

7、识，并通过消化吸收加创新，使我国的密炼机技术得到极大的提高。我国第一家生产橡胶设备的是大连橡胶厂,仿照苏联的密炼机生产出 PC240/20L 密炼机。近年来我国又仿照发达国家的 F 系列密炼机，开发生产了具有现代水平F80、F160、F270 密炼机,并且已经出口到国外。此外,还引进了日本的翻转式密炼机，吸收了其技术并自主研发了新型翻转式密炼机，生产了翻转式 55L、75L 翻转式密炼机。益阳橡胶厂引进了德国的技术，生产了 CK 系列密炼机。F 系列密炼机和 CK 系列密炼机应经成为当今世界两大主要密炼机，尤其是 F 系列同步转子密炼机，我们不但掌握这些技术,同时还自主研发了圆筒型转子的技术。

8、随着社会的发展需求，密炼机也在不断改进，改进的主要方向是转子速度之比、转子的结构形状和转子的冷却三个方面。自改革开放以后我国密炼机的发展取得了巨大的成就，并且正朝着高速、高压、高功率方向发展。自动化程度越来越高，整体联动化越来越强。随着计算机技术的发展，密炼机也和计算机技术有机的结合在一起，使密炼机操作过程实现自动化。1.2用途和分类用途：密炼机是密闭的，可以混炼天然橡胶或者其他合成橡胶的混炼。也可塑料的混炼，沥青的混炼等分类：转子相切型和转子啮合型。按密炼机转子转速不同可分为：低速密炼机（20r/min 以下） ，中速密炼机（30r/min 左右） ，高速密炼机（40r/min 以上） 。按

9、密炼机转子断面形状可分为：椭圆形转子密炼机，圆筒形转子密炼机，三棱形转子密炼机三种。按密炼机转子转数可变与否可分为：单速密炼机，双速密炼机（转子具有两个速率） ，四速、变速密炼机等。1.3密炼机的基本结构密炼机的整体结构主要分为五个系统、六个部分。五个系统：加热冷却部分、气压系统、液压系统、电控系统、润滑系统。六个部分：混炼部分、加料部分、压料部分、卸料部分、传动装置部分、底座。每个部分的组成及作用如下：1.混炼部分主要有密炼室、转子、密封装置等组成。其中转子的传动端采用圆锥滚子轴承，非传动端采用调心滚子轴承，轴承安装在轴承支座上面。转子的表面堆焊 2 到3 毫米的硬质合金，增加其耐磨性和寿命

10、。2.加料部分主要由加料室和斗形的加料口以及翻板门组成。 3.压料部分主要由上顶栓和为上顶栓提供动力的液压缸组成。上顶栓和胶料直接接X(S)M-1 全液压式实验密炼机混炼及密封部分的设计4触，上顶栓的内表面堆焊硬质合金。 4.卸料装置部分要由下顶栓和锁紧机构组成。下定栓和胶料直接接触需要冷却，其上面有热电偶进行温度控制。内表面焊有硬质合金。5.传动装置部分主要有电动机，联轴节，减速机组成。它的作用是提供动力，使转子克服其所受的摩擦力进行炼胶。6.底座和密炼室焊在一起，它的上面还安装传动部分的部件。 7.加热冷却系统的组成由管道和分配器组成。冷却水通过通过管道进入密炼室壁、转子内部，下顶栓内部对

11、其进行冷却。采用恒水温冷却加热。 8.液压系统主要由油泵、油缸、管道、油箱等组成。它为卸料机构，上顶栓和密炼机的密封装置提供动力。9.电控系统主要由电柜，PLC 和仪表盘组成，通过它对对整个密炼机进行操控。 10.润滑系统主要由油泵，分油器和管道组成。润滑系统的作用是润滑各转动和传动装置，减速器轴和轴承的润滑，转子轴承的润滑，转子端面和密炼室密封装置转动换和静环之间的润滑等。采用润滑油使干摩擦变为流体润滑，提高工作效率，提高使用寿命。青岛科技大学本科毕业设计（论文）52 X(S)M-1全液压式实验密炼机简述2.1 X(S)M-1全液压式实验密炼机特点X(S)M-1 实验用密炼机主要用于科研院所

12、的科学实验.与工厂企业。特点： 该机采用整体式式结构，体积较小，容易适用安装场地。2、转子构型为四棱切线形同步转子。 （如图 2-1）图 2-1 四棱剪切形同步转子Fig.2-1 tangential synchronous rotor of four wings3、炼胶时温度升高，温度过高会影响胶料的质量，所以只要和胶料接触就需要冷却。4、利用 PLC 进行系统的控制，手动自动相互结合使用，切换方便，可实现时间、温度、能量的控制，能够及时反馈，使密炼机使用更安全高效。5、该机台上顶栓采用液压式控制，转子轴段端密封亦采用液压式。6、密炼室冷却方式采用钻孔式，为了增加耐磨性内壁堆焊耐磨合金。7、

13、转子端面密封装置采用液压拨叉式外压端面密封。8、卸料门采用钻孔式冷却，转子为循环强制冷却方式。9、转子传轴承传动端采用双列圆锥滚子轴承，非传动端采用调心滚子轴承，功率消耗小，使用寿命长。10、转子轴向密封采用液压式密封，且密封比压可调，密封可靠，又可使密封圈磨损为最小值。11、本机台采用液压驱动旋转式卸料门，启闭时间短。2.2 X(S)M-1全液压式实验密炼机结构及工作原理2.2.1结构简述X(S)M-1 实验用密炼机的组成（如图 2-2）主要由混炼部分、加料部分、压料部分、卸料部分、液压系统、加热冷却系统、润滑系统、底座等组成。X(S)M-1 全液压式实验密炼机混炼及密封部分的设计6图 2-

14、2 密炼机结构图Fig.2-2 the Structure schematic drawing of mixer 密炼机的混炼部分主要由密炼室、转子、转子密封装置组成。密炼室采用钻孔式，孔与孔之间是串联的，这样不仅和胶料接触距离近而且冷却面积大，冷却水流速度快。可直接通冷却水或蒸汽。转子轴向端面采用拨叉式密封装置。插板中间有杠杆螺钉，可利用杠杆原理进行增力，转子端面和动环连在一起，拨叉压紧静环，动环和静环之间有一铜环，可增加其耐磨性，动环和静环通润滑油。密炼室内表面和转子的外表面都直接和胶料直接接触，所受磨损严重，为了提高他们的耐磨性在表面堆焊一层耐磨合金。加压料机构由加料装置及压料组成，能够

15、将物料压入密炼室，并且给胶料一定的压力。物料由加料口加入，上顶栓在液压缸的作用下压紧物料。在加料口上方，安装吸尘器，为达到吸尘效果在吸尘器的上方安装管道和抽风机。上顶栓内表面也堆焊耐磨合金。下顶栓通水进行冷却。2.2.2工作原理简述在进行炼胶时，胶料或者胶料和配合剂通过加料斗进入密炼室，压在两个转子的上面，这个时候，上顶栓的液压缸给上顶栓压力使它向下一定，压坨压紧胶料。这是转子以相同的速度相向转动，两转子的初始位置有一定的相位角。胶料经过两转子旋转进入两转子之间进行捏炼，又由于凸棱的作用把胶料剪切开，这样进行反复捏炼。然后胶料进入下顶栓和转子之间，经过转子旋转使胶料进入密炼室壁和转子外棱之间再

16、进行捏炼。随之胶料进入又进入两转子之间，这样反复捏炼，最后使胶料混合均匀。 密炼机的混炼大致过程如图 2-3 所示。青岛科技大学本科毕业设计（论文）7图 2-3 密炼机混炼过程示意图Fig.2-3 the chart of producement of material in mixer machine胶料在密炼机内部混炼是很复杂的，大致分析如下：1.转子棱峰与密炼室内表面之间的捏炼作用图 2-4 混炼过程中流线和填充情况示意图Fig.2-4 The diagram of flow line and filling in mixing process转子外表面与密炼室内表面之间的间隙是随转子转

17、动而变化的，其间隙在一定范围内变化，最小值是在棱峰与密炼室内表面之间。由于转子之间的速度差别比较大，当物料通过最小间隙时便受到强烈的撕裂剪切与挤压作用。另一个原因是由于转子棱峰与密炼室内壁形成投射角，投射角对炼胶的影响很大，一般投射角越小越好，本次设计的投射角很小。（如图 2-4）2.转子棱间的搅拌作用物料通过加料口进入密炼室后，随后会落在转子的上部，然后压坨向下移动把胶料压紧在两转子之间，两个转子的转速相同并且相对回转，使胶料受到很大的剪切力，随着转子的旋转胶料进入下顶栓之间，然后卸料门的顶部会将物料再次分开，胶料再次进入两个转子之间，又受到转子之间的捏炼和剪切，胶料又随之进入转子的上部，这

18、样循X(S)M-1 全液压式实验密炼机混炼及密封部分的设计8环进行，直到胶料合格。（图 2-5）图 2-5 两转子之间的混合搅拌Fig.2-5 Mixing between two rotors3.转子轴向的往返切割作用胶料围绕转子旋转的同时，两个转子都有一个初始相位，螺旋棱的旋转方向也不同，这样转子旋转时就会对胶料产生推移作用而且由于转子上的螺旋棱对物料产生轴向推移作图 2-6 转子轴向往复切割捏炼作用Fig.2-6 Rotor axial reciprocating cutting kneading effect用，这样胶料就会沿着转子的轴向方向移动。（图 2-6）4.转子与卸料门的搅拌作

19、用当胶料进入转子和卸料门之间时卸料门将胶料分开，随后胶料进入转子与密炼室壁的间隙中，使胶料再次捏炼，随后经过捏炼的两边的胶料相聚于两个转子的顶部，再进入转子的间隙中，如此重复循环进行。2.3设计参数及结构要求1.总容积：1L青岛科技大学本科毕业设计（论文）92.主电机功率：12KW3.转子转速：0-120r/min4.速比：1：15.转子构型：同步 4 棱（转子强制冷却）6.压料方式：液压上顶栓（设置清扫位）7.卸料方式：摆动式卸料（旋转油缸带动）8.冷却加热方式：恒水温加热9.传动方式：速比齿轮要放置在减速箱内，润滑方式为飞溅式10.主机结构：液压站安装在主机下部，要求结构紧凑，外观整洁大方

20、 螺栓全部采用内六角螺栓，注意各部分的倒角和圆角11.主要用途：橡胶、塑料、橡塑共混X(S)M-1 全液压式实验密炼机混炼及密封部分的设计103 X(S)M-1全液压式实验密炼机转子的设计3.1转子主要参数的确定转子是密炼机的心脏，其结构与形状直接影响到密炼机的工作性能、生产效率、和炼胶的质量。3.1.1转子的结构设计密炼机转子按端面形状分为三种：椭圆形（剪切型）、圆筒形（啮合型）剪切型转子混炼 啮合型三角型 1 升实验用密炼机的转子外观图 3-1 转子Fig.3-1 Roter和三角形，其中椭圆形转子又有两棱和四棱之分。（如图 3-1）对于密炼机转子的结构我们可以得到几十种不同类型的转子,从 2 棱到 6 棱的切向型转子以及从 3 棱到 4 棱的啮合式转子( IM 转子) 。之所以有这么多转子结构的一个原因是,没有一个转子能适用于所有橡胶的混炼工艺。选用合适的转子结构来混炼相应的橡胶能大大提高橡胶的混炼生产效率。本次设计的是 1 升小型实验密炼机,经查阅资料和结合实际情本次设计采用同步四棱转子（如图 3-1） 。本次设计中所设计的同步四棱转子上有四组棱，两个长棱两个短棱，分别分布在转子两侧。长棱和短棱的起始点都和转子端头相连并由两端向中心以螺旋的形状进行延伸。