摘 要：介紹了一種橡膠牽引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，旨在消除現(xiàn)有橡膠牽引機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)過程中的缺陷，如單一牽引機(jī)構(gòu)的限制和對(duì)速度變化的不適應(yīng)性。利用創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橡膠產(chǎn)品的均勻平穩(wěn)牽引，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：橡膠牽引機(jī)構(gòu)；張力調(diào)節(jié)；生產(chǎn)效率；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH122" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）05-0030-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.05.008

0" " 引言

橡膠制品因其獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，并且隨著科技的進(jìn)步，其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)展。橡膠擠出機(jī)牽引設(shè)備是橡膠擠出生產(chǎn)線中的重要組成部分，它的作用是對(duì)擠出機(jī)擠出的橡膠制品進(jìn)行牽引，以方便后續(xù)的加工處理，如硫化、切割等。牽引機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)流程中扮演著關(guān)鍵角色，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。然而，傳統(tǒng)的牽引機(jī)構(gòu)在多根產(chǎn)品擠出生產(chǎn)中只能進(jìn)行固定速度的牽引，難以適應(yīng)橡膠擠出過程中多根產(chǎn)品同時(shí)擠出的速度的差異，這往往導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不均勻。為了克服這些缺陷，本文設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新的橡膠牽引機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)通過結(jié)構(gòu)上的革新和功能的增強(qiáng)，能夠?qū)Χ喔鶖D出的橡膠制品進(jìn)行獨(dú)立的速度調(diào)節(jié)和精確牽引，從而顯著提升了牽引過程的穩(wěn)定性和整體生產(chǎn)效率。

1" " 現(xiàn)行主流橡膠擠出牽引設(shè)備

在橡膠制品的生產(chǎn)過程中，牽引機(jī)扮演著至關(guān)重要的角色。它們不僅負(fù)責(zé)將擠出機(jī)成型后的橡膠制品平穩(wěn)地輸送至下一個(gè)加工環(huán)節(jié)，如繞盤、切斷等，還為其操作提供必要的驅(qū)動(dòng)力。傳統(tǒng)牽引機(jī)的類型多樣，包括履帶式、皮帶式、絞盤式、皮帶絞盤式、輥道式牽引裝置，每種都以其獨(dú)特的方式實(shí)現(xiàn)牽引功能[1]。

履帶式和皮帶式牽引機(jī)依靠與橡膠制品之間的摩擦力來提供牽引，而絞盤式則通過纏繞橡膠制品來實(shí)現(xiàn)；皮帶絞盤式結(jié)合了皮帶和絞盤的特點(diǎn)，提供了靈活的牽引方式；輥道式牽引機(jī)則利用一系列輥輪來輸送制品，適用于連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)流程。盡管這些牽引機(jī)在設(shè)計(jì)和操作方式上有所不同，但它們共同面臨如下挑戰(zhàn)：在多根橡膠制品同時(shí)擠出的生產(chǎn)過程中，無法提供差異化的牽引速度以適應(yīng)各制品的速度差異。這種局限性可能導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸不均，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，牽引機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如牽引長度、牽引寬度、牽引速度、中心高和驅(qū)動(dòng)功率，雖然決定了其基本性能，但在實(shí)際應(yīng)用中，這些參數(shù)的固定性限制了牽引機(jī)的適應(yīng)性和靈活性。

為解決這一問題，本文探索并開發(fā)了一款新的牽引技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多根擠出制品的獨(dú)立速度調(diào)節(jié)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這種技術(shù)創(chuàng)新將使得牽引機(jī)能夠根據(jù)每根制品的實(shí)際擠出速度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，以確保每根制品都能以最佳狀態(tài)進(jìn)入下一個(gè)加工環(huán)節(jié)。通過這種方式，橡膠牽引機(jī)將能夠更好地滿足現(xiàn)代橡膠制品生產(chǎn)的需求，實(shí)現(xiàn)更高效、更精確的生產(chǎn)過程。

2" " 主體部件設(shè)計(jì)原理與方案

2.1" " 基本原理設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)橡膠牽引設(shè)備在處理多根橡膠擠出時(shí)速度差異導(dǎo)致的尺寸波動(dòng)問題，本文提出了一種創(chuàng)新的牽引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)的核心在于為每根橡膠條獨(dú)立設(shè)置牽引區(qū)域，允許對(duì)每根制品進(jìn)行自適應(yīng)速度調(diào)整。牽引裝置采用圓形結(jié)構(gòu)，利用圓盤外緣與橡膠條間的摩擦力來實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)牽引。通過內(nèi)置的張力器，能夠精細(xì)調(diào)控圓盤與驅(qū)動(dòng)軸之間的扭矩，從而對(duì)不同速度的橡膠條進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。每個(gè)牽引盤獨(dú)立牽引一根橡膠條，通過組合多個(gè)牽引盤，實(shí)現(xiàn)多根橡膠條的同時(shí)牽引。這種模塊化設(shè)計(jì)不僅提高了牽引過程的靈活性和適應(yīng)性，還顯著提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2" " 牽引機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本研究開發(fā)的橡膠牽引機(jī)構(gòu)主要致力于自動(dòng)適應(yīng)橡膠擠出過程中的速度波動(dòng)，確保生產(chǎn)過程的平穩(wěn)性和產(chǎn)品尺寸的一致性。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注重穩(wěn)定性和可靠性，其主體結(jié)構(gòu)由支架、電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸以及牽引盤等關(guān)鍵部件組成，如圖1所示。牽引盤安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，根據(jù)生產(chǎn)需求，用戶可以靈活調(diào)整牽引盤的數(shù)量，以適應(yīng)不同寬度或數(shù)量的橡膠條牽引。設(shè)備的操作邏輯是利用電機(jī)將動(dòng)力傳遞至轉(zhuǎn)動(dòng)軸，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)牽引盤旋轉(zhuǎn)。通過精細(xì)調(diào)節(jié)牽引盤中張力器的力矩，即使在轉(zhuǎn)動(dòng)軸保持固定轉(zhuǎn)速的情況下，也能實(shí)現(xiàn)牽引盤的不同轉(zhuǎn)速，從而適應(yīng)橡膠條在牽引過程中對(duì)速度變化的需求。這種設(shè)計(jì)不僅提高了生產(chǎn)的靈活性，還簡化了設(shè)備的維護(hù)和操作流程。

牽引盤的模塊化設(shè)計(jì)是本設(shè)備的一大創(chuàng)新點(diǎn)，它允許快速調(diào)整和更換，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)任務(wù)，減少了設(shè)備轉(zhuǎn)換時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。此外，模塊化設(shè)計(jì)還意味著各個(gè)牽引盤可以獨(dú)立維護(hù)，縮短了整體停機(jī)時(shí)間，提升了設(shè)備的可靠性和維護(hù)的便捷性。整體而言，這種創(chuàng)新的橡膠牽引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，以其靈活性、穩(wěn)定性和用戶友好性，為橡膠制品生產(chǎn)提供了一種高效的解決方案。

本研究所提出的橡膠牽引機(jī)構(gòu)能夠在保證高效率和高質(zhì)量生產(chǎn)的同時(shí)，提供穩(wěn)定可靠的牽引力，滿足多樣化的橡膠產(chǎn)品生產(chǎn)需求。

2.3" " 牽引盤設(shè)計(jì)

本文提出的創(chuàng)新型牽引盤的設(shè)計(jì)方案，需要滿足固定結(jié)構(gòu)簡潔、穩(wěn)定、易于裝配等特點(diǎn)。牽引盤的選擇旨在實(shí)現(xiàn)最佳的摩擦力和牽引效果，牽引盤的直徑根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)確定為？準(zhǔn)400 mm。此直徑設(shè)計(jì)確保了牽引盤既能產(chǎn)生足夠的牽引力，以滿足常規(guī)橡膠條的牽引需求，又能實(shí)現(xiàn)設(shè)備空間占用小，滿足與烘道靈活匹配的需求。牽引盤內(nèi)部集成的張力器是設(shè)計(jì)中的另一創(chuàng)新點(diǎn)，如圖2所示。擠出過程中，多根橡膠條在同一牽引速度下，速度慢的膠條會(huì)承受更多的拉伸力，如果不能調(diào)整速度，橡膠條的截面尺寸將會(huì)出現(xiàn)變化。本設(shè)計(jì)中，通過張力器來解決不同橡膠條受力不同的問題，通過設(shè)定張力器的最大張力，能敏感地響應(yīng)橡膠條因擠出速度的變化而產(chǎn)生的摩擦力的波動(dòng)，并動(dòng)態(tài)調(diào)整牽引力。這種自適應(yīng)調(diào)整能力保證了牽引過程的穩(wěn)定性和一致性，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量。與傳統(tǒng)的牽引設(shè)備相比，磁滯扭矩式張力器的優(yōu)勢(shì)在于其能夠提供穩(wěn)定的牽引力輸出，同時(shí)簡化了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

為進(jìn)一步提升牽引盤的適應(yīng)性，其邊緣特別設(shè)計(jì)為V形口結(jié)構(gòu)，如圖3所示。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得牽引盤能夠自動(dòng)適應(yīng)不同直徑和截面的橡膠條產(chǎn)品。V形口的幾何形狀有助于在牽引過程中實(shí)現(xiàn)最大牽引力的獲取，從而優(yōu)化了牽引效果。這種設(shè)計(jì)不僅提高了牽引效率，還減少了因產(chǎn)品尺寸變化而導(dǎo)致的牽引力波動(dòng)，進(jìn)一步提升了產(chǎn)品的尺寸一致性和表面質(zhì)量。

2.4" " 牽引包覆角設(shè)計(jì)

橡膠條牽引過程，主要是通過牽引盤與橡膠條產(chǎn)生的摩擦力將電機(jī)驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)橡膠條的牽引力。摩擦力的極限值取決于橡膠條材料、包覆角（橡膠條與牽引盤的接觸角）大小等因素，牽引力F與包覆角θ越大，摩擦力的極限值也越大。因此，牽引機(jī)構(gòu)在工作中，必須維持包覆角不過小[2]。

本設(shè)計(jì)參考皮帶包覆角的計(jì)算方案進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合實(shí)際制程經(jīng)驗(yàn)，不同截面的橡膠條制品被拖出烘道的力預(yù)計(jì)在50 N以下，因此將其作為牽引力的初始值，確定橡膠條和牽引盤在動(dòng)態(tài)過程中的最佳包覆角。

根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：

F1/F2=eμθ

式中：F1為橡膠條和牽引盤摩擦力（圖4）；F2為橡膠條在輸出側(cè)的自然重力（圖4）；e為自然對(duì)數(shù)的底；μ為摩擦系數(shù)；θ為包覆角弧度。

θ=α×π/180

式中：α為包覆角度（圖4）。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，F(xiàn)1=50 N，F(xiàn)2=1 800 g，折算自然重力約等于17.5 N，硅膠材料和鋁的摩擦系數(shù)為0.4，以此作為初始條件，依照前述公式計(jì)算橡膠條在牽引盤上的包覆角約等于150°。

通過上述計(jì)算，可以確定在本設(shè)計(jì)的牽引機(jī)上，橡膠條在牽引盤上的最小包覆角θ≥150°時(shí)，即可滿足本設(shè)計(jì)牽引機(jī)的牽引力需求。

2.5" " 與現(xiàn)行烘道的接口設(shè)計(jì)

由于包覆角的要求，牽引機(jī)與擠出烘道出口的銜接需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在實(shí)施過程中嚴(yán)格遵守。

垂直烘道：橡膠條牽引方向通過導(dǎo)輪引導(dǎo)，根據(jù)包覆角要求，導(dǎo)輪與牽引盤中心線之間的距離≤1 500 mm為最佳，如圖5所示。

水平烘道：橡膠條牽引方向通過導(dǎo)輪引導(dǎo)，根據(jù)包覆角要求，導(dǎo)輪與牽引盤中心線之間的距離≤1 000 mm為最佳，如圖6所示。

3" " 牽引設(shè)備驗(yàn)證

本文設(shè)計(jì)的牽引機(jī)構(gòu)已經(jīng)成功應(yīng)用在橡膠擠出生產(chǎn)中，可以靈活配合水平烘道或者垂直烘道，進(jìn)行橡膠條牽引作業(yè)。牽引過程穩(wěn)定可靠，并且可以實(shí)現(xiàn)4～6根橡膠制品同時(shí)擠出，擠出速度適應(yīng)范圍1～12 m/min。牽引設(shè)備與水平烘道或垂直烘道按照設(shè)計(jì)距離配合使用，具有占地面積小、牽引力穩(wěn)定的特點(diǎn)。

4" " 結(jié)論

本文針對(duì)現(xiàn)有橡膠牽引機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)過程中的局限性，提出了一種創(chuàng)新的橡膠牽引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過結(jié)構(gòu)上的革新和功能的增強(qiáng)，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)多根擠出的橡膠制品進(jìn)行獨(dú)立的速度調(diào)節(jié)和精確牽引，顯著提升了牽引過程的穩(wěn)定性和整體生產(chǎn)效率，而且在提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、簡化操作維護(hù)等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)已經(jīng)在橡膠制品生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，在提升生產(chǎn)效率方面效果顯著，希望該技術(shù)可為相關(guān)企業(yè)提供技術(shù)改進(jìn)和升級(jí)的參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 橡膠塑料擠出機(jī)和擠出生產(chǎn)線 第3部分：牽引裝置的安全要求：GB 25431.3—2010[S].

[2] 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].4版.北京：高等教育出版社，1997.

收稿日期：2024-11-28

作者簡介：尚晨光（1978—），男，河北灤縣人，工程師，研究方向：導(dǎo)電橡膠材料制程中新工藝以及特殊設(shè)備的設(shè)計(jì)與加工。