彭紅光

（南京藝工電工設(shè)備有限公司，江蘇 南京 211199）

0 引言

南京某公司設(shè)計(jì)的冷喂料橡膠擠出機(jī)（以下簡(jiǎn)稱擠出機(jī)）主要應(yīng)用于電工專用設(shè)備領(lǐng)域，服務(wù)于電線電纜行業(yè)。筆者總結(jié)多年的設(shè)計(jì)、制造和使用情況，為使擠出機(jī)達(dá)到穩(wěn)定的產(chǎn)量和質(zhì)量，要求加料、輸送、塑化擠出的速率保持恒定，否則會(huì)引起產(chǎn)量和質(zhì)量的波動(dòng)。為了將膠料連續(xù)供給擠出機(jī)，擠出機(jī)上設(shè)有加料裝置，加料裝置結(jié)構(gòu)的合理性直接影響擠出機(jī)產(chǎn)量的大小和產(chǎn)量的穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)影響到設(shè)備運(yùn)行安全。加料裝置按加料方式可分為自由加料和強(qiáng)制加料?，F(xiàn)對(duì)擠出機(jī)的幾種加料方式進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并針對(duì)旁壓輥加料裝置在使用過程中出現(xiàn)的問題給出改進(jìn)方法。

1 加料方式簡(jiǎn)介

自由加料裝置如圖1所示。自由加料方式在加料口及加料段中，不附加任何其他裝置，只是在機(jī)筒的加料入口處設(shè)置與螺桿外徑形成的楔形間隙，該間隙低過加料口底部中心，因此帶狀或片狀膠料能順利地被旋轉(zhuǎn)的螺桿帶入機(jī)筒內(nèi)。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于靠重力來自行進(jìn)料，所以膠料的形體尺寸及料位高度的變化都會(huì)造成加料的不均勻。在機(jī)頭的反壓作用下，這種加料方法經(jīng)常導(dǎo)致進(jìn)料口物料有堆積現(xiàn)象，而在加料不足的狀態(tài)下，又容易產(chǎn)生物料打滑現(xiàn)象，從而影響擠出機(jī)的生產(chǎn)效率及擠出穩(wěn)定性［1］。強(qiáng)制加料又分為旁壓輥加料和螺旋嚙合加料，這里僅介紹旁壓輥加料。旁壓輥加料是在加料口安裝一個(gè)與螺桿平行且具有一定速比的旁壓輥，當(dāng)膠料加入時(shí)，膠料在螺桿與旁壓輥的共同作用下被擠壓送入機(jī)筒，實(shí)現(xiàn)加料過程，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 自由加料示意圖

圖2 旁壓輥加料示意圖

2 旁壓輥加料裝置的特點(diǎn)

采用旁壓輥加料時(shí)，當(dāng)旁壓輥壓膠速度大于楔形間隙的吃膠速度時(shí)，則能保證經(jīng)過旁壓輥的膠料注滿楔形間隙，楔形間隙中的膠料會(huì)建立起一種背壓，它將會(huì)極大地促進(jìn)膠料通過楔形間隙。這一背壓的效果就相當(dāng)于增加了一個(gè)加料推力，改善了膠料在楔形間隙中運(yùn)動(dòng)的力學(xué)條件，使得膠料更容易通過楔形間隙，加快運(yùn)動(dòng)速度，這種效果隨著背壓值的增加而增大［2］。因此，旁壓輥加料的效率比自由喂料高，這也是旁壓輥加料生產(chǎn)能力比自由加料高的原因。一般情況下，使用旁壓輥加料比自由加料生產(chǎn)能力能提高15%～25%，但由于強(qiáng)制加料的結(jié)構(gòu)原因，功率消耗也會(huì)增加5%～10%。整體上比較，旁壓輥加料優(yōu)勢(shì)十分明顯，因此，在冷喂料橡膠擠出機(jī)的應(yīng)用上，旁壓輥加料正在逐步取代自由加料。

3 旁壓輥加料裝置存在的主要問題

在擠出機(jī)中，改進(jìn)前旁壓輥加料裝置如圖3所示，電機(jī)通過皮帶輪和減速器將動(dòng)力傳遞給輸出軸，在花鍵連接下，動(dòng)力傳遞給螺桿，同時(shí)通過輸出軸和喂料輥上的一對(duì)齒輪副將動(dòng)力傳遞給旁壓輥，實(shí)現(xiàn)了螺桿和旁壓輥的嚙合運(yùn)動(dòng)。膠料從加料口進(jìn)入后，被螺桿和旁壓輥一起帶動(dòng)進(jìn)入機(jī)筒內(nèi)。

圖3 改進(jìn)前加料裝置示意圖

在多年的使用過程中，旁壓輥加料裝置出現(xiàn)的問題主要有以下幾個(gè)方面：（1）膠料進(jìn)入加料口以后，受到螺桿和旁壓輥的拖拽、擠壓，同時(shí)受到機(jī)筒膛壓的反向作用，部分膠料向旁壓輥兩側(cè)移動(dòng)，從左、右擋膠板側(cè)縫中漏出，進(jìn)入兩側(cè)的軸承座內(nèi)，導(dǎo)致軸承卡死，進(jìn)而造成齒輪副或旁壓輥損壞。（2）膠料通過螺桿和旁壓輥之間的間隙時(shí)，對(duì)螺桿和旁壓輥產(chǎn)生反向作用力，使螺桿變形，加劇螺桿和機(jī)筒間的摩擦，使旁壓輥?zhàn)冃?，造成旁壓輥和擋膠板相互擠壓，導(dǎo)致機(jī)械故障。（3）開機(jī)過程中，由于加料部位溫度變化，造成進(jìn)料的不穩(wěn)定，導(dǎo)致擠出機(jī)產(chǎn)量的不穩(wěn)定，影響制品品質(zhì)。（4）由于零件加工和裝配過程中的精度誤差，造成齒輪副的嚙合不到位，齒面局部接觸，影響齒輪副的承載，甚至可導(dǎo)致齒輪副的損壞。

4 旁壓輥加料裝置的改進(jìn)

筆者結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為了解決旁壓輥加料裝置使用過程中出現(xiàn)的問題，從以下幾個(gè)方面對(duì)該加料裝置做出改進(jìn)。改進(jìn)后旁壓輥加料裝置如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后喂料裝置示意圖

（1）對(duì)于漏膠所造成的機(jī)械故障，一方面要改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)，減少膠料的滲漏量。改進(jìn)前的加料裝置在擋膠板和軸承座之間都設(shè)置了迷宮式機(jī)械密封，以達(dá)到密封效果。而在實(shí)際使用過程中，旁壓輥?zhàn)餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，擋膠板靜止，在極高的機(jī)筒壓力的反作用下，柔軟的膠料仍然會(huì)從旁壓輥端面和擋膠板側(cè)面的細(xì)小縫隙中滲漏，直接進(jìn)入迷宮式機(jī)械密封，不斷累積后進(jìn)入外側(cè)的軸承座，最終導(dǎo)致軸承卡死。改進(jìn)后，嚴(yán)格控制了旁壓輥端面和擋膠板側(cè)面的間隙，一般為0.15～0.20 mm適宜；間隙太小會(huì)造成旁壓輥和擋膠板相互間擠壓，間隙太大會(huì)造成大量漏膠。旁壓輥和擋膠板接觸的軸頸上加工了返料螺紋槽，左側(cè)軸頸為右旋螺紋槽，右側(cè)軸頸為左旋螺槽，返料螺紋槽的設(shè)置對(duì)阻止膠料的滲漏起到一定的作用。同時(shí)，經(jīng)改進(jìn)后，左、右擋膠板與軸承座都不直接接觸，中間保持了較大間隙，從旁壓輥和擋膠板縫隙中滲漏出的細(xì)小膠片由于沒有壓力作用，很難堆積，會(huì)直接從旁壓輥軸頸表面掉落；在旁壓輥?zhàn)髠?cè)軸頸外圓周位置增加一個(gè)小刮刀，及時(shí)刮掉滲漏出的細(xì)小膠料，更有效地消除膠料的堆積。通過以上措施，極大地減少了膠料的滲漏量，對(duì)于無法避免的極少量漏膠，能及時(shí)排除，最終消除了由于漏膠堵塞造成的各種機(jī)械故障。

（2）如何使膠料盡快進(jìn)入機(jī)筒內(nèi)，減少膠料給螺桿和旁壓輥的壓力。改進(jìn)前，在機(jī)筒加料口位置設(shè)有一偏心圓楔形區(qū)，雖然對(duì)膠料的輸送起過渡作用，但由于偏心圓在圓周上距離太短，過渡時(shí)間太短，膠料對(duì)螺桿和旁壓輥的作用力仍然很大。改進(jìn)后，在加料口機(jī)筒部位設(shè)有一段與螺桿螺紋旋向相反的內(nèi)螺紋（圖5），當(dāng)螺桿與加料段機(jī)筒作相對(duì)回轉(zhuǎn)時(shí)，在螺桿上的外螺紋及特加于機(jī)筒加料口的內(nèi)螺紋的共同作用下將物料拽入機(jī)筒內(nèi)。卷切、擠壓向壓縮段輸送，并使大部分混入物料內(nèi)的空氣從加料口中排除，反螺紋的升角一般稍大于螺桿螺紋的升角，或與其相同，反螺紋升角稍大，該螺紋對(duì)膠料產(chǎn)生的軸向推動(dòng)力及速度大于螺桿螺紋產(chǎn)生的軸向推動(dòng)速度，兩者之間產(chǎn)生一速度差，反螺紋起到強(qiáng)制喂料的作用。因此，加料段的結(jié)構(gòu)雖然沒有增加任何零部件，但由于機(jī)筒內(nèi)加入了反螺紋，使單螺桿擠出機(jī)在加料段卻起到了類似雙螺桿的強(qiáng)制加料作用。實(shí)踐證明，加入膠料的厚度對(duì)加料量也有很大影響。假定螺桿和旁壓輥的徑向間隙為s，則加入的膠條厚度為（1.1～1.2）s為適宜，此時(shí)加料量明顯比膠條厚度小于s時(shí)要大。在電線電纜行業(yè)，國產(chǎn)膠料厚度一般為2～3 mm，螺桿和旁壓輥的徑向間隙一般為8～12 mm，因此一般情況下，對(duì)于小規(guī)格螺桿直徑的擠出機(jī)，加料不要超過3層，對(duì)于大規(guī)格螺桿直徑的擠出機(jī)，加料不要超過5層。如果加入的膠料疊加層數(shù)過多，厚度太厚，強(qiáng)制加入后對(duì)旁壓輥和螺桿的擠壓力很大，會(huì)增大螺桿和旁壓輥的彎曲變形，加速磨損甚至導(dǎo)致斷裂。此外，在結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下，應(yīng)通過增加旁壓輥的軸頸直徑，選用優(yōu)質(zhì)合金材料，選擇合理的熱處理手段，提高零件強(qiáng)度和耐磨性，達(dá)到增加旁壓輥強(qiáng)度的效果。

圖5 機(jī)筒內(nèi)反向內(nèi)螺紋示意圖

（3）改進(jìn)前的加料座部位帶有冷卻水環(huán)，可通常溫冷卻水。在橡膠擠出的生產(chǎn)過程中，擠出剛開始時(shí)，螺桿、機(jī)筒和旁壓輥的溫度較低，膠料加入時(shí)較生硬，在螺桿和旁壓輥的擠壓下變形較小，因此加料相對(duì)緩慢，也會(huì)增大對(duì)螺桿和旁壓輥的反作用力；當(dāng)開機(jī)一段時(shí)間后，由于摩擦喂料部位溫度會(huì)逐步升高，加料更加順暢，螺桿和旁壓輥受到的反作用力也會(huì)相對(duì)減小，喂料部位溫度的前后變化導(dǎo)致了生產(chǎn)過程中擠出量的變化，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。改進(jìn)后，通過增加旁壓輥中心冷卻裝置，配置恒溫式水模溫機(jī)，對(duì)旁壓輥、螺桿和加料座冷卻水環(huán)實(shí)現(xiàn)恒溫控制，減少了開機(jī)時(shí)膠料對(duì)螺桿和旁壓輥的反作用力，同時(shí)保證了加料的持續(xù)穩(wěn)定，明顯減小了由于喂料部位的溫度變化導(dǎo)致的加料不穩(wěn)而出現(xiàn)的制品質(zhì)量波動(dòng)。

（4）改進(jìn)前的加料裝置零件均為單獨(dú)加工成型后組裝，由于加工精度的限制和累積誤差的影響，會(huì)導(dǎo)致齒輪副嚙合不到位，嚙合時(shí)齒面局部接觸，影響齒輪副的傳動(dòng)精度和齒面接觸強(qiáng)度，負(fù)載時(shí)甚至?xí)?dǎo)致齒輪損壞。通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝，將加料座體和旁壓輥安裝座組合加工，加料座體內(nèi)孔和旁壓輥安裝孔一次加工成型，既保證了2個(gè)孔的中心距尺寸精度要求，又滿足了孔間的平行度精度要求。左、右擋膠板和2個(gè)旁壓輥安裝座的內(nèi)孔也是一次裝夾加工，較好地控制了4個(gè)孔間的同心度精度，使得擋膠板和旁壓輥之間間隙均勻。此項(xiàng)措施的采用，大大減少了齒輪副的故障率，提高了加料裝置的安全性能。

5 結(jié)語

從使用實(shí)際結(jié)果來看，通過以上改進(jìn)措施，冷喂料橡膠擠出機(jī)的旁壓輥加料系統(tǒng)安全性得到極大提高，突發(fā)性故障被徹底消除，加料穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升。由此加速了自由加料式橡膠擠出機(jī)的淘汰步伐，推動(dòng)了旁壓輥式冷喂料橡膠擠出機(jī)在電線電纜行業(yè)的普及應(yīng)用。

［1］林孔勇.橡膠工業(yè)手冊(cè)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，1993

［2］林廣義，呂柏源.橡膠冷喂料擠出機(jī)喂料裝置的性能分析［J］.橡塑技術(shù)與裝備，2002（7）