林仕棟，黃營芬，賀建浩，彭森明

（廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東　廣州　511400）

F270密煉機(jī)壓料裝置的技改和成效

林仕棟，黃營芬，賀建浩，彭森明

（廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東廣州511400）

對(duì)比分析液壓式和氣動(dòng)式密煉機(jī)壓料裝置結(jié)構(gòu)技術(shù)原理，采用液壓式技術(shù)改進(jìn)替代氣動(dòng)式結(jié)構(gòu)，取得了降低能耗、提高生產(chǎn)效率和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的成效。

密煉機(jī)；壓料裝置；上頂栓液壓；降耗；生產(chǎn)；質(zhì)量

密煉機(jī)是輪胎制造過程中的關(guān)鍵設(shè)備，也是耗能最大的設(shè)備，占輪胎生產(chǎn)總能耗的1/3以上；輪胎企業(yè)普遍認(rèn)為，輪胎質(zhì)量對(duì)膠料質(zhì)量的依存度達(dá)70%左右。

在密煉機(jī)中，壓料裝置的部件上頂栓位置、壓力是重要的煉膠工藝參數(shù)，上頂栓的位置升降的驅(qū)動(dòng)先后有氣動(dòng)式和液壓式的應(yīng)用，21世紀(jì)以來制造出廠的密煉機(jī)大部分采用液壓式。

我國最早采用液壓式壓料裝置的是上海橡膠機(jī)械廠，是在20世紀(jì)70年代運(yùn)用在50L密煉機(jī)上，但由于種種原因，這一技術(shù)歷經(jīng)20多年并未得到推廣和發(fā)展。國外研究液壓壓料裝置的技術(shù)是在20世紀(jì)80年代中期。真正被運(yùn)用在實(shí)際生產(chǎn)是在20世紀(jì)90年代，經(jīng)過部分輪胎行業(yè)的使用，發(fā)現(xiàn)液壓壓料裝置壓力穩(wěn)定，上頂栓對(duì)膠料的單位面積壓力高，響應(yīng)速度快，特別是對(duì)提高子午線膠料的混煉質(zhì)量作用顯著，還可以節(jié)約能源。

當(dāng)前，我國橡膠行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的密煉機(jī)中，仍有相當(dāng)大部分使用氣動(dòng)式上頂栓，主要是20世紀(jì)以前出廠的。隨著密煉機(jī)使用年限增加，相繼進(jìn)入大修期，如果結(jié)合起來進(jìn)行液壓式上頂栓的技術(shù)改造，將對(duì)煉膠生產(chǎn)節(jié)能和穩(wěn)定質(zhì)量方面有積極的意義。

本文以我公司F 2 7 0壓料裝置技術(shù)改造為例，從分析氣動(dòng)與液壓上頂栓的技術(shù)特點(diǎn)出發(fā)，闡述改造技術(shù)、實(shí)施方案和結(jié)果，詳見表1。

1　改造前F270壓料裝置狀況

我公司的F 2 7 0密煉機(jī)已經(jīng)運(yùn)行了2 0年以上，氣動(dòng)壓料裝置的結(jié)構(gòu)體積較大，氣缸內(nèi)直徑 558.8 mm、行程1 467.5 mm，煉膠循環(huán)中壓縮空氣直接排放，噪音大，壓縮空氣消耗大，沖擊大，吸入和排風(fēng)時(shí)氣壓波動(dòng)的變化壓差會(huì)引起投入的粉狀料在加料口外逸，使現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣；又因?yàn)闅鈮狠^容易波動(dòng)，使煉膠周期循環(huán)的膠料壓力重復(fù)性偏差較大。高配比白炭黑膠料混煉時(shí)，為得到較好的分散均勻性，工藝要求壓料的上頂栓壓砣對(duì)膠料持續(xù)施予較高的壓力，且浮動(dòng)量要較小，顯然傳統(tǒng)的氣壓上頂栓就較難滿足要求了。

2　F270壓料裝置改造技術(shù)方案

從對(duì)比分析可知液壓式具有明顯的優(yōu)越性，我們決定對(duì)F270密煉機(jī)的壓料裝置實(shí)施升級(jí)技術(shù)改造，措施內(nèi)容如下：

（1）液壓式壓料裝置總成必須保證與F270投料井口的基面精配，要精細(xì)測(cè)繪核實(shí)F270的連接面尺寸。

（2）把壓料裝置的液壓部分與原有的液壓裝置整合為一站式液壓系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)控制上頂栓升降、卸料門開/關(guān)、鎖緊/解鎖、投料門開/關(guān)、轉(zhuǎn)子密封壓力控制、液壓油循環(huán)冷卻控制，蓄能器等。

（3）系統(tǒng)中，上頂栓和其他部分的高低壓回路單獨(dú)控制。

（4）采用閉環(huán)式伺服閥比例控制上頂栓，實(shí)現(xiàn)壓力、速度無級(jí)可調(diào)，在主機(jī)電柜實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.1液壓式壓料裝置的設(shè)計(jì)選型原則

實(shí)施重點(diǎn)和難點(diǎn)是液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

液壓控制系統(tǒng)是液壓式壓料裝置中最重要的組成部分。密煉機(jī)工作過程要求液壓系統(tǒng)完成的主要?jiǎng)幼魇牵荷享斔ǖ纳?、鎖緊油缸的鎖緊與解鎖、卸料門的開閉、進(jìn)料門的開閉，以及密封環(huán)的頂緊油缸保壓等。根據(jù)煉膠工藝周期，密煉機(jī)對(duì)其液壓部分的基本要求是：

（1）為保證生產(chǎn)效率，上頂栓壓砣上升和下降速度要快。要進(jìn)行快慢速切換，上、下運(yùn)動(dòng)時(shí)間在3～6 s之間，且可以根據(jù)工況任意調(diào)節(jié)速度。

（2）上頂栓壓力從0至設(shè)定壓力的變化要有偏差精度要求。壓砣對(duì)膠料的單位壓力值必須穩(wěn)定且可調(diào)整。壓砣對(duì)膠料的壓強(qiáng)（單位壓力）按煉膠工藝要求設(shè)定。

（3）開環(huán)控制能自動(dòng)轉(zhuǎn)換為閉環(huán)控制。即從快速/慢速下降為開環(huán)控制狀態(tài)，到進(jìn)入壓砣升壓為閉環(huán)控制狀態(tài)，這個(gè)轉(zhuǎn)換過程由伺服比例閥通過電控壓差控制器自動(dòng)完成。

（4）適當(dāng)?shù)逆i緊力和解鎖力。由于鎖緊機(jī)構(gòu)和卸料門機(jī)構(gòu)的機(jī)械互鎖結(jié)合面是一個(gè)具有一定角度的斜面，如果鎖緊力過大，出現(xiàn)我們通常所說的“鎖過頭”現(xiàn)象，則有可能發(fā)生解不開鎖的情況，發(fā)生膠料焦燒事故；如果鎖緊力過小，則有可能發(fā)生自動(dòng)退鎖，在受到膠料向下足夠大的壓力后，造成排生膠現(xiàn)象。所以，需要能夠通過調(diào)節(jié)，得到一個(gè)適當(dāng)?shù)逆i緊壓力。

表1　兩種壓料裝置的對(duì)比

（5）卸料門下頂栓的平穩(wěn)打開。根據(jù)對(duì)密煉機(jī)排料過程的分析，我們知道，在鎖緊油缸完成解鎖到位的同時(shí)，下頂栓開門電磁閥得電，這個(gè)瞬間，由于膠料在轉(zhuǎn)子的擠壓下，已經(jīng)對(duì)卸料門裝置產(chǎn)生較大的推力，這時(shí)電磁閥得電換向會(huì)產(chǎn)生很大的液壓沖擊，需要有措施減輕這種有害的沖擊。

（6）密封環(huán)的頂緊油缸保壓。密封環(huán)的頂緊采用的是拔叉形式密封，其油缸彈簧、中間支點(diǎn)螺栓和密封環(huán)通過撥叉連接共同構(gòu)成一個(gè)杠桿系統(tǒng)。油缸壓縮彈簧產(chǎn)生反作用力，通過中間支點(diǎn)，使另一端的密封環(huán)緊緊壓在轉(zhuǎn)子合金圈上，保證運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子端面不會(huì)有膠料和粉料泄漏出來。所以其密封環(huán)的頂緊油缸需要在任何情況下都保持恒定壓力。

（7）工作穩(wěn)定可靠、能夠滿足各種機(jī)構(gòu)之間的準(zhǔn)確聯(lián)動(dòng)動(dòng)作。

（8）抗污染能力強(qiáng)，維護(hù)保養(yǎng)方便。

（9）考慮與現(xiàn)有設(shè)備的備件通用性。其中主要易損件液壓泵采用美國REXROTH公司的A10VSO140型變量柱塞泵。

2.2壓料裝置的零部件技術(shù)要求

2.2.1壓投料組件

（1）上頂栓砣體與膠料接觸面堆焊無裂紋硬質(zhì)合金，合金厚度＞5 mm，硬度＞45 HRC。與井道摩擦面堆焊無裂紋硬質(zhì)合金，砣體與井道摩擦面為全接觸。

（2）砣體中空通冷卻水腔。

（3）上頂栓砣體與活塞桿連接采用熱裝并焊接結(jié)構(gòu)，防止漏水。

（4）活塞桿中空，預(yù)留冷卻水管通道。

（5）活塞桿與投料座密封處，通干油潤滑，并入自動(dòng)打油系統(tǒng)，投料座側(cè)換向加工用于固定法蘭的備用螺絲孔。

（6）上頂栓活塞桿與橫梁連接，雙油缸液壓驅(qū)動(dòng)橫梁，實(shí)現(xiàn)上頂栓砣體升降功能。

（7）上頂栓升降導(dǎo)向桿固定底座，要有足夠的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)搖晃、斷螺絲情況；導(dǎo)向桿與橫梁之間通干油潤滑，并入自動(dòng)打油系統(tǒng)。

（8）投料門旋轉(zhuǎn)軸確保持續(xù)密封效果，通干油潤滑并入自動(dòng)打油系統(tǒng)。

（9）投料門兩側(cè)密封，采用銅條，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，確保不出現(xiàn)漏粉。門封銅條插入門軸內(nèi)。

（10）投料門開、關(guān)采用單油缸液壓驅(qū)動(dòng)。

（11）投料斗兩側(cè)壁均開窗口，窗口內(nèi)側(cè)下沿倒45°坡口，并用5～8 mm鋼板封閉，螺絲固定可拆卸；并有投料門機(jī)械限位裝置，防止檢修時(shí)投料門誤動(dòng)作，用于安全保護(hù)。

（12）投料斗后壁開窗口，按現(xiàn)有炭黑斜槽安裝法蘭實(shí)配，用于炭黑填充；并有上頂栓機(jī)械限位裝置，防止檢修時(shí)上頂栓誤動(dòng)作，用于安全保護(hù)。

（13）上頂栓砣體與井道的配合間隙單邊1～1.2 mm，總配合間隙2～2.4 mm，升降順暢無晃動(dòng)。

（14）投料斗底座與井口的連接必須實(shí)配主機(jī)，確保符合安裝尺寸，防止膠料混煉時(shí)泄漏，同時(shí)防止膠料混煉時(shí)晃動(dòng)。

（15）上頂栓水腔清沙、除銹、清鐵屑等清潔處理。

（16）對(duì)F270的四塊井口板，進(jìn)行磨損面修補(bǔ)加工，表面堆焊無裂紋硬質(zhì)合金，合金層厚度＞5 mm。表面硬度＞50 HRC。

（17）兩側(cè)墻板與門板密封面修平，并達(dá)到要求的平整光潔度。

2.2.2液壓系統(tǒng)

新的液壓系統(tǒng)一臺(tái)套，主要包括上頂栓控制部分，排料門、鎖緊、投料門、轉(zhuǎn)子密封控制部分，液壓泵部分，手動(dòng)泵部分，液壓油循環(huán)冷卻部分，儲(chǔ)能器，全部管路、接頭及管箍等。主要技術(shù)和功能結(jié)構(gòu)如下：

（1）系統(tǒng)采取上頂栓和其它部分兩套液壓系統(tǒng)單獨(dú)控制，上頂栓高壓部分閥件采用進(jìn)口BOSCH REXROTH品牌，其它低壓部分采取國內(nèi)品牌。其中系統(tǒng)壓力為19 MPa。

（2）上頂栓控制采用閉環(huán)式比例閥，實(shí)現(xiàn)壓力、速度無級(jí)可調(diào)?？稍谥鳈C(jī)電柜處實(shí)時(shí)調(diào)整。

（3）液壓站主泵采用進(jìn)口B O S C H REXROTH變量柱塞泵，型號(hào)A10VSO140DR/31RPPB12N00。

（4）泵的吸油口設(shè)置過濾器和維修用蝶閥，其出油口設(shè)置高精度過濾器，在上頂栓油缸回油口和輔助回路的回油口均有過濾器。

（5）油箱中間隔段板上加裝隔離網(wǎng)以消除回油中殘存氣泡。

（6）該泵站須有液位、油溫控制、系統(tǒng)過載保護(hù)功能，以及系統(tǒng)在停止工作時(shí)泄壓功能。

（7）蓄能器應(yīng)設(shè)置安全閥組，其中安全閥組上的電磁閥可以自動(dòng)使蓄能器泄壓，以延長蓄能器膠囊工作壽命。

（8）排料門開、關(guān)與鎖緊、解鎖動(dòng)作，有聯(lián)動(dòng)液壓保護(hù)功能；實(shí)現(xiàn)排料門關(guān)到位后，確保不下掉，再鎖緊動(dòng)作；解鎖時(shí)，確保排料門不下掉，到位后再執(zhí)行開門動(dòng)作；避免鎖緊塊和鎖緊墊磨損過快。

（9）轉(zhuǎn)子密封油缸壓力可調(diào)節(jié)，不需要電磁閥卸壓功能。

（10）液壓油冷卻采用獨(dú)立的強(qiáng)制循環(huán)水冷交換器冷卻，正常工作油溫 ＜55℃。

（11）以上各部分的壓力（包括系統(tǒng)壓力、下頂栓開關(guān)門、鎖緊保壓、退鎖、加料門、轉(zhuǎn)子密封）在液壓站上用抗震壓力表盤顯示出來，壓力表高壓管需整理固定，要求整齊美觀。其中，上頂栓實(shí)時(shí)油壓要換算成上頂栓對(duì)膠料的實(shí)際壓力顯示在主機(jī)觸摸屏上。

（12）液壓系統(tǒng)閥組、儀表等各部位均標(biāo)識(shí)準(zhǔn)確、清晰。

（13）所有液壓管路均有管夾固定，標(biāo)識(shí)準(zhǔn)確清晰。

（14）所有鋼管為冷撥無縫鋼管，管路的配置必須使管道、液壓閥和其它元件裝卸及維修方便。所有管道需進(jìn)行酸洗，去掉管內(nèi)氧化等污物，緊固件全部發(fā)藍(lán)或鍍鋅處理。

（15）系統(tǒng)提供油溫超溫、油路堵塞、超壓保護(hù)、壓力過低等保護(hù)功能。

（1 6）下頂栓提供慢開、慢關(guān)手動(dòng)控制閥，方便清膠和更換熱電偶。

2.2.3電氣部分

（1）整個(gè)液壓系統(tǒng)的電氣控制部分安裝在獨(dú)立的電柜，采用三菱Q02系列PLC控制，能獨(dú)立控制所有液壓系統(tǒng)動(dòng)作。電柜內(nèi)提供相關(guān)動(dòng)作的接口與原主機(jī)電氣點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式對(duì)接，如液壓泵啟停、上頂栓升降、上頂栓壓力和給定、故障報(bào)警信號(hào)等。

（2）所有電磁閥、檢測(cè)開關(guān)的接線進(jìn)入接線盒，線號(hào)由電腦打印。

（3）上頂栓閉環(huán)壓力控制系統(tǒng)選用三菱Q02系列PLC和一塊BOSCH REXROTH比例閥控制板組成，可以按給定壓力實(shí)時(shí)調(diào)整上頂栓壓力。在電柜用數(shù)顯表顯示實(shí)時(shí)壓力。

（4）所有低壓電氣零件選用施耐德品牌。

3　實(shí)施過程

（1）對(duì)投料斗底座與井口進(jìn)行測(cè)繪安裝尺寸，確定新液壓上頂栓安裝尺寸。

（2）依照已確定的技術(shù)方案，選擇合適的專業(yè)單位合作設(shè)計(jì)和制造。

（3）對(duì)F270密煉機(jī)安排大修，拆除舊壓料裝置和液壓站，檢查井口板磨損量，進(jìn)行堆焊合金和磨平表面。

（4）對(duì)混煉室內(nèi)零件做檢測(cè)，修補(bǔ)磨損量。

（5）裝配新的壓料裝置和液壓站，重新配管連接，對(duì)管路通高壓油進(jìn)行沖刷清洗后進(jìn)行調(diào)試（詳見圖1）。

4　改造成果及效益

4.1能耗費(fèi)用減少

圖1　新的壓料裝置形式結(jié)構(gòu)圖

F270氣壓式壓料裝置的氣缸內(nèi)徑558.8 mm，活塞桿直徑115 mm，一個(gè)行程1 467.5 mm，升或降頂栓平均時(shí)間6 s，工作壓力為0.7 MPa。動(dòng)力工區(qū)的空壓機(jī)參數(shù)66 m3/h，功率355 kW。氣動(dòng)上頂栓壓縮空氣壓力為0.8 MPa，另外過程中會(huì)產(chǎn)生20%的損耗。設(shè)每kW·h電費(fèi)為0.65元。

根據(jù)F270三班倒工作制，平均運(yùn)轉(zhuǎn)率86%，每班定額生產(chǎn)160份膠料，每年生產(chǎn)350天，每份膠料升降上頂栓4次。

每小時(shí)來回行程次數(shù)：

每小時(shí)來回行程的耗氣量：

需空壓站供氣量：

一年所需壓縮空氣量：

生產(chǎn)該供氣量，空壓機(jī)需工作的總時(shí)間：

所需金額：

現(xiàn)液壓式壓料裝置的液壓站電機(jī)功率55 kW，其中密煉機(jī)1 h液壓上頂栓動(dòng)作時(shí)間為30 min，設(shè)每度電費(fèi)為0.65元，

每年可節(jié)省電費(fèi)：

4.2改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境

液壓式壓料裝置的液壓油屬不可壓縮流體，工作過程壓力比氣動(dòng)穩(wěn)定得多，有效減少了上頂栓升降的變化沖擊，使井口段動(dòng)態(tài)氣流的吸/排引起的“噴粉”程度下降，減少了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粉塵污染，改善了工作環(huán)境。此外，液壓上頂栓壓砣升降有閉環(huán)壓差控制，陀體撞擊井口板減少，尖峰噪音從83 dB下降為70 dB。

4.3 提高生產(chǎn)效率

壓砣壓力無級(jí)調(diào)整，可以連續(xù)調(diào)節(jié)，壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力值上，提高膠料質(zhì)量和效率。在轉(zhuǎn)速、混煉混度及控制步驟相同情況下，更換成液壓上頂栓后，由于上頂栓壓力穩(wěn)定，使煉膠時(shí)間有所縮短，生產(chǎn)效率有所提高，從密煉機(jī)常生產(chǎn)的膠種對(duì)比中，生產(chǎn)效率提高10%左右，見圖2。

圖2　大修和改造后設(shè)備生產(chǎn)效率比對(duì)圖

4.4減少故障停機(jī)率

分析：平均每年可以減少停機(jī)時(shí)間約31 h，按班產(chǎn)定額160份核算，每份膠料220 kg，每年可增加產(chǎn)量132 t膠料。提高膠料均勻性（參見圖3）。

圖3　減少氣動(dòng)上頂栓活塞及軸封的故障停機(jī)時(shí)間

4.5提高膠料質(zhì)量

液壓式壓料裝置控制穩(wěn)定，生產(chǎn)工藝可控保證，能夠?qū)ι享斔ǖ睦眠_(dá)到最佳（可精確變壓），無論密煉室內(nèi)膠料翻滾所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)反力或大或小，或正或負(fù)，油缸和壓砣對(duì)膠料的沖壓力始終保持在設(shè)定壓力值上，所表現(xiàn)的形式是上頂栓油缸在此過程中自動(dòng)上下移動(dòng)尋找壓力平衡位置，有效的提高了膠料質(zhì)量。

母煉膠料均勻性：選取的3個(gè)配方，其母煉膠門尼、比重偏差小，膠料混煉均勻，膠料分散較好，達(dá)到質(zhì)量要求。

（1）母煉膠門尼值：門尼值偏差小，門尼值穩(wěn)定，膠料混煉均勻，滿足工藝要求，見表1。

表1　母煉膠門尼值表

（2）母煉膠比重值：比重值偏差小，比重值穩(wěn)定，膠料混煉均勻，滿足工藝要求，見表2。

表2　母煉膠比重值表

5　結(jié)論

從上面可知，密煉機(jī)的氣動(dòng)壓料裝置經(jīng)改造成液壓式壓料裝置后，除了具有壓力穩(wěn)定和無級(jí)可調(diào)、升/降速度快、剛性好、噪音低、環(huán)保、無污染等特點(diǎn)外，最重要的是比原氣動(dòng)式節(jié)省能源消耗，減少動(dòng)力設(shè)備空壓機(jī)系統(tǒng)的投入，并提高煉膠生產(chǎn)效率和膠料質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，并為我們繼續(xù)對(duì)其他密煉機(jī)的氣動(dòng)式壓料裝置進(jìn)行改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 江蘇海門油威力液壓有限責(zé)任公司產(chǎn)品說明書.

［2］ 林炬， 等. 以新型節(jié)能無導(dǎo)向桿式液壓上頂栓“嫁接”改造氣動(dòng)壓料密煉機(jī). 橡塑技術(shù)與裝備， 2010，36（6）.

（XS-05）

Technical improvement and results of compressing device for F270 mixer

Technical improvement and results ofcompressing device for F270 mixer

Lin Shidong,Huang Yingfen,He Jianhao,Peng Senming
(Guangzhou south China rubber tyre co., LTD., Guangzhou, 511400,Guangdong)

This paper comparative analysis the structure technology principle ofhydraulic and pneumatic mixer. Replace pneumatic structure with hydraulic technology reduced the energy consumption, improved production effi ciency and stabled product quality.

mixer; pressing device; top ram hydraulic; reducing consumption; production; quality

TQ330.6TQ330.6

1009-797X（2015）01-0038-06

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.01.008

林仕棟（1978-），男，畢業(yè)于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)，現(xiàn)任廣州市華南橡膠輪胎有限公司生產(chǎn)設(shè)備部機(jī)械工程師。

2014-08-25