何寶

（國能包頭煤化工有限責任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

1 擠壓機、模板、切刀的相關參數(shù)

擠壓機是聚乙烯裝置的關鍵設備，它通過混煉、加壓、切粒等過程將聚乙烯粉料制成粒料，便于運輸及后序加工。機組的使用、調(diào)整和維護對整個聚乙烯裝置來說尤為重要，某型號擠壓機相關參數(shù)如表1所示。

表1 擠壓機基本參數(shù)

模板和切刀屬于擠壓機重要備件，進口價格昂貴，而且進口周期較長。模板和切刀使用國內(nèi)備件后，為保證切粒質(zhì)量和擠壓機長周期穩(wěn)定運行，切粒機進刀壓力和切粒機轉(zhuǎn)速曲線需要重新標定。國內(nèi)某廠家的模板參數(shù)和切刀參數(shù)如表2和表3所示。

表2 國產(chǎn)模板參數(shù)

表3 國產(chǎn)切刀參數(shù)

2 切粒機理及切刀軸受力分析

切粒機有兩種切粒方法，間隙切粒和接觸切粒。間隙切粒：切刀與模板表面之間有一定的間隙，當?shù)遁S進刀壓力低于一定值時，刀軸通過手柄將保持在設定的固定位置，無論切刀磨損量和切刀轉(zhuǎn)速如何，刀軸與模板表面距離一定。接觸切粒：切刀與模板表面之間沒有間隙。當推動刀軸前進壓力升高并超過一定值時，刀軸克服阻力向模板表面移動，一旦刀刃與模板切粒帶接觸的進刀壓力設置好，無論切刀磨損與否，切刀都能保持對模板切粒帶的壓力，使切刀自動向模板前進。正常來說，接觸切粒能獲得更好的顆粒外觀，本文以接觸切粒方式進行分析。

進刀壓力直接影響到切刀對模板的壓力，進刀壓力的設定是否合理，影響模板、切刀使用壽命及顆粒外觀。進刀壓力設定太小，會導致間隙切粒，產(chǎn)生拖尾料、墊刀料，甚至纏刀。進刀壓力過大，則模板和切刀磨損加劇，影響模板和切刀使用壽命[1]。正常切粒時，切刀軸受力如圖1所示。

圖1 切刀軸受力圖

切粒時模板受力分析[2]如下：

式中：FX為刀刃對模板切粒帶的推力；f1為施加在氣缸的進刀壓力；f2為顆粒水對刀軸向模板的推力；f3為施加在氣缸的退刀壓力；f4為顆粒水的壓力；f5為摩擦損失的力。

顆粒水對刀軸向模板的推力：

式中：N為切刀數(shù)量；K為系數(shù)；L為切刀的有效長度；V為切刀的線速度。

由此可知，f2隨著切刀轉(zhuǎn)速的增加而變大，關系曲線如圖2所示。

圖2 f2與切刀轉(zhuǎn)速關系曲線圖

f3通常設定為0.15 MPa；f4為顆粒水泵出口壓力，約0.4 MPa；f5與模板和切刀的材料、硬度、粗糙度有關系，為固定值。由此可知，推力FX只與f1和f2密切相關。因此，進刀壓力和切粒機轉(zhuǎn)速的設定是否合理，關系到切刀對模板的推力，推力是否適合，直接影響模板和切刀的使用壽命和切粒狀態(tài)[3]。

3 進刀壓力與切粒機轉(zhuǎn)速曲線的標定方法

1）用熔融樹脂填充模板孔。

模板處拉料6 t/h，直到模板無氣體排出且樹脂干凈，在模板表面涂上硅油，清理水室的連接法蘭接觸面，水室和模板對中良好，能進行鎖模操作。

2）預熱切粒單元。

確保切粒視窗是關閉的，合模，PCW三通閥打“直通”，切粒機轉(zhuǎn)速設定為330 r/min，啟動切粒機，并運行約30 min，直至切粒機的溫度達到平衡。停止切粒機，PCW三通閥打“旁通”，進行排水并解模操作。

3）設置模板和切刀間隙千分表為“0”。

確保切刀刀刃已找水平，在0.03 mm之內(nèi)。投用切刀軸退刀壓力，將切刀軸縮回至最遠端，安裝切刀刀盤至切刀軸上。切粒軸和水室進行垂直度打表，在0.03 mm之內(nèi)。連接水室和模板，將水室視窗打開，逐步增加刀軸向前的進刀壓力，當?shù)度薪佑|到模板表面時，將模板和切刀間隙千分表設置為“0”。

4）切刀軸行程及切刀磨損報警點設定。

a.通過旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母杠桿，松開鎖緊螺母；b.降低刀軸進刀壓力，投用刀軸后退壓力，移動刀軸的壓力要最小，刀軸開始向后移動；c.當?shù)遁S向后運動被止動套筒阻礙時，記錄模板和切刀間隙千分表讀數(shù)；d.轉(zhuǎn)動止動套筒杠桿，向前或向后，直到切刀和模板間隙千分表讀數(shù)為4 mm；e.旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母杠桿，鎖定刀軸位置在離模板4 mm處（切刀和模板間隙百分表4 mm）；f.拆下切刀盤，提高進刀壓力，將切刀軸在千分表為“0”點的基礎上，向模板移動2 mm，設此點為切刀磨損2 mm報警點，如圖3所示。

圖3 切刀軸行程設定

5）確定進刀壓力和切粒機轉(zhuǎn)速的關系。

關閉并鎖上水室視窗，合模，PCW三通閥打“直通”。將進刀壓力設定為0.05 MPa，將刀軸后退壓力設定為0.08 MPa，切刀軸向后移動至止點位置，此時，切刀距離模板4 mm，啟動切粒機電動機。

設定不同的切粒機轉(zhuǎn)速，在特定的切粒機轉(zhuǎn)速下，滿足以下條件時，開始收集進刀壓力數(shù)據(jù)：a.當切刀開始朝模板移動；b.切刀持續(xù)向前移動；c.切刀刀刃接觸模板時，切粒機電動機電流開始增加，一般以切刀持續(xù)向前移動的進刀壓力設定為操作壓力。

4 進刀壓力與切粒機轉(zhuǎn)速標定及偏差原因分析

切粒機轉(zhuǎn)速分別設定為200、250、300、350、400、450、500 r/min。

以切粒機轉(zhuǎn)速200 r/min為例：在退刀壓力0.08 MPa、進刀壓力0.05 MPa基礎上，開始逐漸提高進刀壓力，當切粒機軸開始運動時，記錄此時的進刀壓力p1，如果切刀軸向前停在半程位置，每次將進刀壓力提高0.01 MPa，直至切粒軸繼續(xù)開始向模板移動，記錄此時的進刀壓力p2，當切刀和模板間隙千分表在“0”點的位置，注意觀察切粒機電流，如果電流增加，此時的p2即為最佳進刀壓力，如果切粒機電流無增加，繼續(xù)提高進刀壓力，每次0.01 MPa，直至切粒機電流開始增加為止，記錄此時的壓力p3，p3即為最佳進刀壓力。重復上述步驟，記錄切粒機轉(zhuǎn)速在250、300、350、400、450、500 r/min時的最佳進刀壓力，如表4所示。

表4 進刀壓力與切粒機轉(zhuǎn)速標定數(shù)據(jù)

根據(jù)3次標定的進刀壓力取平均值后，繪制進刀壓力與切粒機轉(zhuǎn)速關系曲線，如圖4所示。

圖4 進刀壓力和切粒機轉(zhuǎn)速關系曲線

原始進刀壓力和切粒機轉(zhuǎn)速關系曲線為：Y（進刀壓力）+0.001×n（切粒機轉(zhuǎn)速）=0.7，模板和切刀使用國內(nèi)備件后，重新標定的均化曲線為：Y（進刀壓力）+0.001×n（切粒機轉(zhuǎn)速）=0.65。由兩個曲線對比可知，在相同切粒機轉(zhuǎn)速下，原始關系曲線中進刀壓力要高于標定后曲線的進刀壓力，如果仍然按照原始曲線進行切粒操作，將會造成模板和切刀過度磨損。同時，過高的進刀壓力，將導致刀尖翹起，造成顆粒拖尾，影響顆粒外觀[4]。標定后的曲線更適應切粒操作。

標定后曲線的斜率和截距比原始曲線略低，其原因有：1）模板和切刀硬度偏差較大，可能是模板硬度過高，或者切刀硬度過低；2）模板和切刀光滑度不夠，切刀和模板摩擦損失增大；3）模板和切刀平面度不夠，由面接觸變?yōu)榫€接觸，或者面接觸變?yōu)辄c接觸，影響切粒機電流。

模板和切刀加工精度及質(zhì)量不同，進刀壓力及切粒機轉(zhuǎn)速曲線不同，標定后的曲線更適應真實切粒操作，不僅可延長模板和切刀使用壽命，同時，保證產(chǎn)品外觀質(zhì)量，增加經(jīng)濟效益。

5 結語

進刀壓力和切粒機轉(zhuǎn)速曲線的標定是擠壓機正常生產(chǎn)前的必要步驟之一。模板和切刀是擠壓機組的重要備件，國內(nèi)眾多廠家的擠壓機模板和切刀都已使用國內(nèi)備件，模板和切刀相互配合是否良好，直接關系模板和切刀的使用壽命，因此進刀壓力和切粒機轉(zhuǎn)速曲線的標定就顯得尤為重要，曲線標定后需要在DCS上對進刀壓力及切粒機轉(zhuǎn)速進行設定，切粒機在自動狀態(tài)下，切粒機轉(zhuǎn)速變化后，進刀壓力會自動調(diào)節(jié)，保證切刀緊貼模板表面，既保證切粒狀態(tài)，又不會使切刀和模板過度磨損，保證擠壓機系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。通過使用國內(nèi)某廠家的模板和切刀后，進刀壓力和切粒機轉(zhuǎn)速曲線重新標定，為國內(nèi)其他聚烯烴廠家提供借鑒。