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1、摘要炼胶设备是橡胶工业之中的通用的设备，在所有的橡胶制成品加工中都必须要经过炼胶加工工序。所以，炼胶设备在橡胶机械中最重要的设备之一。目前的炼胶设备里主要有开炼机、密炼机-间歇式生产，（目前通用），连续混炼挤出机-连续式生产，（橡胶方面正在研究之中，塑料方面已全部工业化）。在橡胶工业中，混炼车间是整个行业的核心，是橡胶工厂最重要的部门，也是能 源消耗大户，占全厂 40%，也是目前重点节能的部门或工序之一。它包括烘箱、切胶机、开炼机、密炼机及其辅机。近年来，国外橡胶工业有了迅速的发展，不仅在各个加工技术方面有相当的进步，而且设备方面有很大的发展，广泛地应用电子计算机管理和控制炼胶作业，大大地提高
2、了炼胶系统地自动化水平，同时也引起了炼胶系统的变化。多年来，国外对炼胶系统的技术改革实践证明：首先改革炼胶机及其装置，并使之现代化，以取得较高的劳动生产率、较高的效率和炼胶作业最佳化，才能真正实现炼胶系统技术创新。经过多年的改革，当代炼胶系统尤其是轮胎厂的炼胶系统已发展成自动化水平较高的工程系统。开炼机是开放式炼胶机的简称，在橡塑工业中开炼机是使用历史颇为悠久的加工设备之一、其伴随着橡塑工业的产生而出现，伴随着橡塑工业的发展而逐渐发展。是橡塑工业中用来加工橡胶、塑料的最常用设备之一，也作为基本设备之一。据初步统计，当前我国每年生产开炼机的台数是 5000 台。每年也有一定数量的开炼机出口到东南
3、亚等国家。开炼机主要使用于对于天然橡胶的塑炼，配合剂和生胶的混炼。或者当作胶料的压片之用和胶料的热炼。开炼机构成由机座、机架、电动机、辊筒、辊温调节装置、传动齿轮、润滑装置、加热和冷却装置、安全制动装置和减速器等主要零件组成。开炼机辊筒使用冷硬铸铁制造而成，表面经过磨削形成的表面比较光滑。辊筒的内部是空心结构，根据开炼机使用要求，通入冷却水或者使用蒸汽进行冷却处理。炼胶过程中为了调节辊筒的温度，可以通过进水管将水导入辊筒的内腔，溢流将会从辊筒某一端的喇叭孔进入溢流槽然后再排出去。为了使操作相对安全，在开炼机的上端安装了安全拉杆，在拉动拉杆之后，开炼机将自动切断电源，电磁抱闸从而可以自动停车。为
4、了阻止胶料会从辊筒两端挤入辊筒，轴承部分一般会装有挡胶板。关键词：机座；开炼机；辊筒；辊筒轴承；加热与冷却装置；安全制动装置；Abstract Mixing equipment is the rubber industry general equipment, in all rubber products processing must be to go through the mixing process. So, the most important in rubber machinery equipment in one of the mixing equipment. The mixi
5、ng equipment mainly open smelting machine, dense mixer - batch production, (current), continuous mixing extruding machine - continuous production, (rubber under study, plastics have all been industrialized).In the rubber industry, mixing workshop is the core of the whole industry, is the most import
6、ant department of rubber factory, is also a major energy consumption, accounting for 40% of the whole plant, is currently one of the key energy saving department or processes. It includes oven, rubber cutting machine, open mill, internal mixer and auxiliary. In recent years, foreign rubber industry
7、has developed rapidly, not only in terms of the various processing technology has considerable progress and equipment have great development, widely application computer management and control the mixing operation, greatly improved the level of automation to mixing system, also caused the change of
8、mixing system. Over the years, foreign of compound system technical reform practice proof: first reform rubber mixing machine and its device, and the modernization, in order to obtain a higher labor productivity, higher efficiency and the mixing operation optimization, can we truly achieve the compo
9、und system of technological innovation. After years of reform, the contemporary compound system especially tire plant, rubber mixing system has developed into a higher level of automation engineering systems. Open smelting machine is referred to as the open rubber mixing machine, in the rubber indus
10、try open smelting machine is one of use has a long history of processing equipment, accompanied by rubber and plastics industry emerged, along with the development of rubber industry and the gradual development. Is one of the most commonly used equipment for processing rubber and plastic rubber indu
11、stry, as one of the basic equipment also. According to preliminary statistics, the number of Chinas current annual production of mills is 5000. Every year, there are a certain number of open refining machine exports to Southeast Asia and other countries. Mixing machine is mainly used for natural rub
12、ber mixing, compounding agent and rubber mixing. Or used as a rubber sheet and a rubber compound. Open smelting machine composition comprising a machine base, a machine frame, a motor, a roller, a roller temperature adjusting device, a transmission gear, a lubricating device, heating and cooling dev
13、ice, safety braking device and reducer main parts. Mill roller using chilled cast iron manufacturing, surface after grinding formed relatively smooth. The interior is a hollow structure, according to the requirements of the mills, pass into the cooling water or steam cooling. Refining process for ad
14、justing the roller temperature, can be through the water inlet pipe to the inner cavity of the water into the bowl, the overflow will from one end of the roller horn hole into the overflow tank and then drain out. In order to make the operation is relatively safe, open smelting machine is installed
15、on the upper end of the pull rod safety, after pulling, open smelting machine will automatically cut off the power, electromagnetic brake which can automatic parking. In order to prevent the rubber roller from both ends into the roller bearing part, usually with the glue.Key words:Frame; Mill; Rolle
16、r; Roller Bearings; Heating and Cooling Device; Safety Braking Device;目 录 第一章 绪论 1 1.1 开炼机的工作原理 1 1.2 开炼机的结构形式 2 1.3 控制方式智能化 3 1.4 开炼机结构形式的历史发展与现状 4 第二章 主要参数的选取与计算 5 2.1 主要参数确定 5 2.2电动机和减速器的选择 5 2.2.1速比齿轮的参数确定 6 2.2.2 强度校核 7 2.3 传动齿轮的设计计算 9 2.3.1 强度校核 9 第三章 主要零部件的设计12 3.1 辊筒的设计12 3.1.1 辊筒的主要结构12 3.1
17、.2 横压力计算12 3.1.3 辊筒计算14 3.1.4 辊筒与轴承间隙的确定18 3.2 横梁和机架19 3.2.1 机架的强度计算19 3.2.2 压盖的强度计算24 3.2.3 安全系数与许用应力25 3.3 润滑系统25 3.4 制动装置25 第四章 调距装置26 4.1 调距螺杆的计算26 4.2 螺杆螺纹的自锁条件27 4.3 螺母计算27 第五章 辊温调节装置31 5.1 辊筒冷却计算31 5.2 实际冷却水消耗的确定31 5.3 冷却水管进水管直径的计算31 第六章 总结33 参考文献34 致谢35沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论第一章 绪论1.1 开炼机的工作
18、原理 各种配合剂均匀之所以混合在一起，这是因为开炼机在搅拌过程中主要依靠两个相对回转辊的橡胶材料挤出、剪切，经过反复的捏炼过程与化学反应，内部橡胶的分子链中断，使各种成分的塑料材料混合均匀，最终达到复合。由于在薄膜辊缝中排除，由于在两个辊面上的速度和温度的差异而涂上了滚筒，滚筒之间的回流，如此反复，完全混炼效果。当链形成时，橡胶的分子链由长变短。从大到小的弹性；在搅拌时间，以促进表面的橡胶材料的组合物，不断更新，均匀混合。在间歇操作的开炼机上，在给橡胶材料多次反复多次通过滚筒上，最后切断了胶片。在连续运转的开炼机中，从一个端的胶中连续加入，按规定的时间在混炼过程中反复多次由辊的几次，从另一端的
19、滚筒连续切割所需的胶粘带。然后，胶料在开炼机上加工时，应具备哪些条件才能得到良好的炼胶效果呢？我们将从两个方面进行讨论，即分别从力学角度和流变学角度加以讨论。辊筒速比，辊筒间距，物料容量，操作方式，加工温度，捏炼时间等多种因素影响着开炼机塑化与混合均化物料的效果。 为使物料承受较大的机械剪切作用，开炼机的两个辊筒之间须保持一定程度的速度差异。辊距一定时，较大的辊筒速度差，可以提高开炼机对物料的剪切速率。此外，辊筒间距也显着影响轧机的剪切，挤出效应。在辊筒速度差值处在相同条件下时，辊筒间距越小，其机械塑化和混合材料的也越小。 对每一个加工过程来说，当投放的批料物料包裹于一个辊筒表面之后，在两个辊
20、距的上方仍然存有一定数量的堆积料，这些堆积的物料随着滚筒的转动不断地被压入辊隙之中，而新的产品材料又逐渐形成，积料的存在对于提高捏炼物料的质量与效率来说影响很大。但是这部分积料的容量必须适当，若堆积的物料过多，则会使部分物料只是在原处轻微抖动而不能顺利地进入辊隙去承受应有的机械作用，因此影响了批量整体物料捏炼的均匀性，并使加工周期延长，物料散热困难而升温；若堆积的物料偏少，则又导致操作过程的不稳定。开炼机在捏炼物料过程中，只有在其接触角小于摩擦角时,物料才会被转动的辊筒压入到辊隙之中,这也是开炼机在加工物料时的先决条件。 图1.1 间歇炼胶过程图1加料 2捏炼 3切割胶料 图 1.2 连续炼胶
21、过程图 1切胶刀 2带状胶条1.2 开炼机的结构形式 开炼机虽然是由电动机带动的，但由于在制造和使用条件的不相同，存在各种传动结构，主要包括开传动机构、封闭式传动结构和复式传动结构。(1) 开式传动结构 开驱动结构在早期就被广泛地使用。该传动具有结构简单、成本低、传动件分散、安装和调整等优点。辊筒轴承一般都采用了铜或尼龙材料的滑动轴承，传动方式可手动调节。前后辊筒速比需要安装在辊筒的一端的辊齿轮比来实现。由于前、后辊筒的动力依靠速比齿轮传递过来，功率直接对齿轮传动，与生产过程中辊筒距离调整的需要，导致在一个传动比不能在理想状态下啮合，因此开放带动轧机齿轮寿命短，传动效率较低。(2) 闭式传动结
22、构 在第二十或八十年代的七十个世纪中，闭式传动结构的开炼机得到了迅速发展，并得到了用户的认可和推广，成为同年代开炼机产品的标准形式。封闭式传动机构开炼机将部分传动完全统一，传动齿轮与速度比齿轮均集中在一个箱体内，减速机全部采用双轴输出、输出轴和辊筒之间由万向联轴器连接。与开式传动机构相比，封闭传动结构有很大的进步。首先，传动部分集中统一，便于安装和维修，并大大提高了齿轮的啮合精度和机械效率，大大延长了设备的使用寿命，与此同时也减少了消耗的困难；其次，设备的容量也就是设备承载大大提高。滚动轴承用圆柱滚动轴承，运行相对比较平稳，使用寿命较长，往往不需要经常的更换轴承，减少设备维修和养护的工作量。(
23、3) 双联传动结构 双联传动开炼机是近几年我国研究开发出的一种结构较特殊的开炼机(见图 2.1),这种开炼机是由一台主电机和一台减速机来驱动的,减速机的双侧输出轴都驱动了两个辊筒,减速机和辊筒的中间通过齿型联轴器实现连接。双联传动开炼机可以根据用户的不同要求使两端的辊筒产生不同的速度比,从而可以实现不同要求的炼胶工艺,而且因为两侧机体相距较近,因此缩短了胶料运输时的行程,从而一定程度上提高了胶料混炼的效率。双联传动开炼机目前已经得到很多用户的认可。除上述三种结构形式之外,为了满足一些特殊使用环境下的工艺要求,又相继产生了整体式传动、角式传动和双电机驱动等多种结构形式的开炼机,大大地丰富了开炼机
24、产品的结构类型,提高了开炼机的使用范围,极大程度地满足了不同用户的各种不同使用要求。1.3 控制方式智能化 开炼机的产品结构在发生重大变化的同时,开炼机的控制方式也同步的更加的趋于完善,开炼机的设计制造开始重视控制系统的安全化、高效化、合理化和智能化。以往的开炼机的控制系统只是单纯针对单机进行操作,极少会与其它设备进行相互通讯,设备的控制和操作相对来说非常麻烦。而目前,由于计算机控制工程高速不断发展, 机械产品中一些新技术被不断应用进来,开炼机实现了程序控制,以及与前后配套设备之间的通讯控制,可以根据生产线的工作情况来确定启动、停止、紧急制动、调整辊筒线速度或自动调整辊距等工作状态等,甚至可以
25、在相对恶劣的工作条件下实现无人看守工作。既能提高生产效率，又能避免安全事故的发生。1.4 开炼机结构形式的历史发展与现状 我国大型化工机械设备生产起步较晚。开炼机的生产开始于第二十世纪50年代，生产技术基本上遵循前苏联，规格仅400，450和560，少数，结构形式为开式传动为主要形式。上世纪80年代，随着我国机械行业的复苏和全球经济的快速发展，汽车、石油和高分子材料产业得到了迅猛的发展，带动了产业规模的不断扩大，一些新技术、新设备也出现了，特别是在橡胶行业，不断开发各种新的橡胶生产设备，开炼机产品的规格和结构也有很大的发展，主要是在产品规格系列，结构多样化和控制智能化等方面。 开炼机的应用范围
26、在不断拓展,其产能配套情况都需要随使用要求而定,在绝大多数情况下,开炼机生产仅仅是产品生产中的一个中间环节,需要与其他生产设备组合成生产线以配套使用,它的生产能力就需要满足生产线中各个配套设备的产能需求,而和开炼机配套的密炼机、压延机等设备规的格相对较多,其产能也都各不相同,所以,为满足使用要求,我们国家又陆续开发出了诸如360,550,610,660 和710 等多种规格的开炼机,并且各个规格都形成了系列，以满足不同速比及润滑和安全防护方式等要求。 开炼机的产品结构在发生重大变化的同时,开炼机的控制方式也同步的更加的趋于完善,开炼机的设计制造开始重视控制系统的安全化、高效化、合理化和智能化。
27、以往的开炼机的控制系统只是单纯针对单机进行操作,极少会与其它设备进行相互通讯,设备的控制和操作相对来说非常麻烦。而目前,由于计算机控制工程高速不断发展, 机械产品中一些新技术被不断应用进来,开炼机实现了程序控制,以及与前后配套设备之间的通讯控制,可以根据生产线的工作情况来确定启动、停止、紧急制动、调整辊筒线速度或自动调整辊距等工作状态等,甚至可以在相对恶劣的工作条件下实现无人看守工作。既能提高生产效率，又能避免安全事故的发生。 目前国际上，我们国家开炼机的生产技术水平和安全性能水平正在接近国际先进水平,但是随着与开炼机相配套设备和相关技术的逐渐发展,在开炼机设备产品结构方面依然存在着相对较大的
28、发展的空间。32沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 主要参数的选取与计算第二章 主要参数的选取与计算2.1 主要参数确定开炼机的规格：5001000前辊筒线速度：18.46m/min辊筒速比：1 ：1.27电机功率：45KW一次性投料量：20-35kg 传动原理图： 图2.1 传动原理图1-速比齿轮 2-滚动轴承 3-后辊筒 4-传动系统 5-减速器 6-电动机 7-前辊筒2.2电动机和减速器的选择 比较常用的电动机一般为三相异步电动机，通常选用鼠笼式转子封闭自扇冷式异步电机，也存在有选用绕线式异步电动机的情况，相较而言后者启动性能比前者好一些，但是可靠性较差，价格相对较高，前者结构比较
29、简单，防尘启动性能虽然不如绕线式异步电动机大，但是因为开炼机大都是空车启动，所以启动性能足够满足开炼机的需求。 由经验公式计算功率得：选择电机为 Y280M-8 封闭式三相异步电动机电压为 380 伏。 其中：电机的转速 980r/min，其额定功率 45KW。2.2.1速比齿轮的参数确定 前后辊筒速比速比是 1：1.27,中心距 a700mm。传递扭矩通过速比齿轮传递。在速比很小的时候，可以近似认为两个辊筒扭矩是相等的，速比齿轮扭矩的和即大驱动齿轮扭矩： MKMK1+MK2 材料选择：小齿轮为 45#钢 调质处理 HBS=236HBS 大齿轮为 45#钢 正火处理 HBS=189.5HBS选
30、取齿轮模数为： m=12中心距： a=700mm 齿顶高：齿根高：齿全高：齿顶圆直径： 查表得齿宽系数为：所以齿宽：2.2.2 强度校核 按接触强度校核 通过查表得，使用系数：;根据v=28.8m/min，7级精度，动载系数；由于是直齿轮， ;查表用插值法查得7级精度、小齿轮悬臂布置时： ，故载荷系数 查表得 ， ； (2-2-1) (2-2-2) 取两者最小值为许用应力。 齿顶圆压力角： (2-2-3) (2-2-4) (2-2-5) 查表得 区域系数 (2-2-6) 校核安全。 按齿根弯曲疲劳强度校核查表得 , , ， 另取 , 求得 (2-2-7) (2-2-8) 其中 S=1 (2-2
31、-9) (2-2-10) 经校核安全2.3 传动齿轮的设计计算 大齿轮 45#钢 调质 HBS=236 HBS 小齿轮 45#钢 调质 HBS=189.5 HBS齿数比： 初步确定： 所以 全齿高 齿距 顶隙 工作高度 齿顶圆直径 齿底圆直径 齿轮转速 小齿轮 大齿轮 齿宽 ： 2.3.1 强度校核 按齿面接触疲劳强度校核 选齿轮精度等级为 8 级，按电机驱动载荷平稳而取根据，8 级精度，动载系数；由于是直齿轮， 查表用插值法查得 8 级精度、小齿轮悬臂布置时 ，故载荷系数 取 查表得 , ; ， ； （2-3-1） 取两者最小值为许用应力。齿顶圆压力角: （2-3-2） 查表得 区域系数 （
32、2-3-3） 校核安全 按齿根弯曲疲劳强度校核查表得 , , , 另取 , 求得 （2-3-4） （2-3-5） 其中 S=1.0 经校核安全沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 主要零部件的设计 第三章 主要零部件的设计3.1 辊筒的设计 开炼机的辊筒是其完成作业的主要部件，它直接参与炼胶过程，因此，辊筒对开炼机性能的影响非常大，所以，对开炼机辊筒的设计、制造和使用非常重要。 辊筒的材料通常使用冷硬铸铁，冷硬铸铁的特点是内部韧性比较好、强度大、表面层的组织硬、耐磨损，而且辊筒还要求有足够的强度以及刚度，以保证辊筒的正常使用而不会被损坏，同时，辊筒表面要求较大硬度、耐磨性、耐化学腐蚀和抗剥
33、落性，同时需要有合理的几何形状来最大化地消除应力的集中，其结构设计需要有利于生产制造。 除上述特点外，辊筒要求有良好的导热性。3.1.1 辊筒的主要结构冷硬铸铁辊筒分为普通冷硬铸铁和合金冷硬铸铁，本次设计取用普通冷硬铸铁。辊筒结构有两种：中空结构和圆周钻孔结构，本次设计中取用中空结构。图 3.1 辊筒结构及主要尺寸3.1.2 横压力计算 辊筒受力分析： 开炼机的辊筒工作时受到很大的横压力、摩擦力和温度应力，同时还包括速比齿轮的作用力。因此要精确计算横压力值是很困难。通常是以测定后计算辊筒每厘米长度上的横压力的值作为设计依据. 胶料对辊筒的径向作用力为 P（横压力），P 要分为水平分力与垂直分力
34、 ，如下图3.1.2所示: 图3.2 辊筒受力分析图其中 ； 式中 横压力，kg； 垂直横压力，kg； 水平横压力，kg； 横压力的合力角。取 根据测定得出后可求P值： （3-1-1）单位横压力的确定： 工程上，通常采用经验公式： （3-1-2）式中 速度比 辊筒工作部分直径，cm； 剪切系数，由经验选取推荐单位横压力为900kg/cm。所以总横压力 （3-1-3）3.1.3 辊筒计算 开炼机的辊筒在胶料的横压力下产生了非常大的弯曲应力，而齿轮作用力与辊筒重量只占受力总值10%左右，为了便于计算，此部分一般忽略不计。如此就可以按横压力，温度应力和由扭矩产生的剪切应力进行粗略的计算，确定辊筒尺寸
35、。辊筒计算可按照下列步骤进行计算 （1）弯矩的计算： 辊筒总横压力 P 按下式计算： （3-1-4） 支点反力、为： 中间截面的弯矩为： （3-1-5）式中 单位横压力，kg/cm； 水平单位横压力，kg； 、轴承支点反力，kg； 辊筒工作部分长度，cm； 轴承支点间的距离，cm。 扭矩计算：后辊筒传递全部扭矩 ： （3-1-6）式中 N电机额定功率，45KW； n后辊筒转速，18.46r/min； 传到后辊筒上的总效率，0.850.95。 后辊筒扭矩一部分会用于炼胶，一部分是通过速比齿轮传到前辊筒，两个辊筒一起承受横压力以及加工胶料的摩擦扭矩，所以前后辊筒的扭矩是相同的。 （3-1-7） 图
36、3.3辊筒受力情况 强度计算： 辊筒受的力是由弯曲和扭转通过联合作用产生的复合应力。根据生产实践可以按下式进行计算： （3-1-8）式中 复合应力，kg/； 弯曲应力，； 剪切应力， ； （3-1-9） K修正系数，对铸铁K=1/3； 危险断面上最大弯矩，kgcm； W抗弯截面模量，； 扭矩，kgcm； 抗扭截面模量，。空心圆柱体的抗弯截面模量W为： （3-1-10）空心圆柱体的抗扭截面模量为： （3-1-11）式中 =d/D=0.64； d辊筒工作部分内径，d=25cm； D辊筒工作部分外径，D=40cm； 危险断面上扭矩， kgcm； 抗扭截面模量，。所以： （3-1-12） 温度应力对其
37、强度的影响 辊筒的温度应力是因为辊筒的内外表面温度差所形成的，机械应力和温度应力一起作用在辊筒之上。 开炼机炼胶过程中通冷却水冷却时，对辊筒内表面的影响较大，需进行温度应力的验算。辊筒外表面受热伸长大，产生压应力，辊筒承压能力大，对温度的影响不大。辊筒内表面冷却后，热伸长少，产生拉应力，与弯矩产生的拉应力相迭加。内层拉应力为：其强度满足条件： ；式中： 表示辊筒所受机械应力； 表示辊筒所受的温度应力； 式中： 弯矩产生的应力， 热应力， 热应力按下式计算： （3-1-13）式中 ： R、r辊筒外、内半径，； 膨胀系数，对于铸铁 1/开 E 弹性模数，对于铸铁 、分别为辊筒内、外表面的温度，一般
38、-1518温差太大时，热应力也甚大，易引起辊筒断裂，故冷却必须在辊筒运转中缓慢进行； 泊松系数，对于铸铁0.25。 （3-1-14） 许用应力与安全系数 辊筒的安全系数 式中 安全因数系数，取（按停车事故）； 计算系数，取1.1（辊筒按粗略计算）； 载荷性质系数， 应力集中系数，铸铁辊取=1； 截面系数，； 工艺系数，考虑冷硬层影响，取 质量验收系数，单件检查，取=1.05所以 故取 许用应力:作用于辊筒之上的载荷，载荷性质是对称循环载荷，以疲劳限为基准。 (3-1-15)3.1.4 辊筒与轴承间隙的确定 辊筒和轴承之间的间隙要适当，间隙过于大，会影响轴承的精度以及使用寿命；间隙太小容易卡住和发烧。轴颈受热膨胀 （3-1-16） 式中： 为轴颈膨胀系数，取； 为轴承的最大工作温度，取 ； 为轴承工作的室内温度，取 。代入后得到轴承的热膨胀 保证运转的间隙 按配合的最小间隙选取。 制造公差带和安装精度 最小公差带是 0.1mm，安装精度为 0.15/1000，于是取 0.10.2mm 。这里取。因为温度不高，所以由轴承体热膨胀所引起的间隙不予以考虑 。