淺談橡膠雙螺桿擠出壓片機的新型布局及結構改進

李建星

(山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠 265400)

為適應橡膠工藝的迅速發展以及輪胎企業與日遞增的自動化、智能化和環?；纫?，擠出壓片機經過多次換代和結構調整，發展成了現如今具有國際先進水平的錐形雙螺桿結構，該設備已成為集環保、高效、精準和安全于一體的重要的煉膠設備，越來越多的大型輪胎企業也已全部采用該設備作為密煉機下輔機完成膠料的混煉。本文基于目前市場上主流的橡膠雙螺桿擠出壓片機進行拓展延申，從布局和結構等多個角度加以介紹，以期新布局和新結構能給國內的橡膠制品企業在設備改造或引進時提供參考和借鑒。

1 橡膠雙螺桿擠出壓片機的新型布局

橡膠等制品日益加大的需求量以及消費者日漸挑剔的眼光，使得不少用戶廠考慮對其現有設備進行更新換代或升級改造，這其中不乏存在受已有廠房布局限制的情況，這樣一來，設備在引進或改造時，已無法考慮使用現有常規結構進行替換更新，那么就應在售前針對不同的安裝空間進行針對性的布局新設計。

1.1 擠出裝置的雙箱結構改造

21 世紀初期，國內的橡膠設備制造企業在已有螺桿驅動為雙減速器結構的基礎上（簡稱：雙箱結構，如圖1 所示），開發了螺桿驅動為單一減速器驅動一對速比齒輪的結構（簡稱：單箱結構）。原有雙箱結構的特點在于：擠出裝置的左、右螺桿后側分別掛有減速器，兩個減速器的輸出軸通過萬向聯軸器聯結在一起，設備工作時，減速器輸入部分的錐齒輪軸過與錐齒輪相互嚙合實現力矩的輸出與轉向（如圖2 所示），這將會使主電機傳遞給一個箱體的速度、扭矩以相同大小傳遞給另外一個箱體，從而實現兩根螺桿的同步嚙合。由于輸入轉速很高，該結構的安裝精度及日常維護都伴有很高的要求，不精密的安裝以及維護不到位將會造成擠出減速器箱體異常震動、減速器錐齒輪輪齒折斷等嚴重問題。目前市場上主流的單箱結構，具有安裝簡單，維護方便，占地空間小等優點，因此近10 余年來已逐步取代了雙箱結構，同時也有越來越多的用戶廠希望在雙箱機臺的基礎上對設備的擠出裝置部分進行升級改造。

圖1 橡膠雙螺桿擠出壓片機（雙箱結構）示意圖

圖2 擠出減速器輸入部分局部剖視圖

一般來說，既有的雙箱結構壓片傳動部分不會距離主機太遠，因此按常規布局進行擠出裝置的改造顯然是沒有安裝空間的（如圖3 所示），這樣一來，充分利用用戶原有廠房空間進行雙箱機臺的改造便成了橡膠設備制造企業需要考慮的課題。

圖3 按常規布局改造易造成主電機干涉的示意圖

有些用戶在訂購設備時，考慮到其自身使用及廠房建設等因素，會選擇將壓片電機和擠出電機分別放置在主機兩側（如圖4 所示），這樣一來，擠出減速器可以按目前常規結構進行設計，只需考慮在原有的雙箱設備基礎上，解決擠出減速器和擠出電機的安裝固定問題即可。但往往一些用戶需要在壓片傳動裝置的對側放置樓梯或停放叉車用來輔助上游密煉機的維修和故障排除，那么在這種情況下，便無法考慮實施這一改造方案了。

圖4 兩個電機分別放置在主機兩側的改造布局示意圖

不少用戶在設備后側留有很大的一塊空間，且該空間不作為制品傳送及運輸通道使用，因此在空間尺寸允許的情況下，我們也可以考慮將擠出電機放置在整個設備的最后側（如圖5 所示），在這種方案下，只需將擠出減速器輸出軸稍作調整便能滿足安裝和使用條件，即根據擠出機螺桿的軸徑尺寸以及減速器的安裝方向進而調整輸出軸兩端孔槽的內徑尺寸，這樣一來，既能保持擠出減速器外形與標準產品一致，又可延續原本成熟的傳動理念。此方案下，可以根據用戶廠空間布局不同、用戶操作習慣不同等因素，進而決定擠出減速箱和擠出電機的具體擺放形式。需要注意的是，此方案需要考慮擠出減速器排油孔位置的設置、短螺桿旋轉接頭的安裝空間、擠出減速器及電機的安裝固定問題等。

上述方案是用戶廠安裝空間為足夠大的理想狀態，事實上也存在設備后側及外側空間均狹小的特殊情況，這就需要根據用戶現場的實際情況對擠出減速器進行針對性的特殊設計：如圖6 所示，擠出減速器整體豎掛在長螺桿后側，同時配有安裝底座進行支撐。該方案下，力矩的輸出存在轉向，即擠出電機通過一對錐齒輪及若干齒輪副將速度與力矩傳遞給長螺桿，進而帶動整個擠出裝置的運轉。此改造方案整體效果十分緊湊，對于既有廠房空間有限的用戶廠來說，不失為一項理想之舉。

圖6 廠房后側、外側空間狹小可采取的改造布局

1.2 壓片裝置的新型布置形式

目前普遍應用于各大橡膠制品企業的壓片裝置是這樣工作的：雙出軸減速器通過萬向聯軸器分別與壓片裝置的上下輥筒聯結在一起，工作時，將速度和力矩傳遞給輥筒，使輥筒之間相對滾動從而將膠料擠壓成片狀，該結構在安裝時對于精度沒有很高的要求，且具有性能穩定，故障率低，維修方便等優點。但有的用戶在訂購設備時，既有廠房存在更為特殊的情況：壓片傳動裝置幾乎沒有安裝空間。常規所使用的萬向聯軸器由于其結構和功能的特點，總長度存在最小值，因此即便以其最小值進行選型，也無法滿足廠房空間的安裝要求，因此，通過萬向聯軸器聯結的方式便無法在該情況下使用了?？紤]到壓片裝置分上輥筒和下輥筒兩個部分，且輥筒在日常使用和維修時有調距的需要，只能考慮對其進行特殊設計，因此，我們將縮短壓片裝置的驅動距離作為解決該問題的突破口。為將壓縮整機布局一步到位，考慮使用輥筒軸與減速器直聯的方式進行速度與力矩的傳遞，上、下輥筒分別在左右兩側直聯減速機，兩個減速機又分別在各自電機的驅動下為各自輥筒傳遞速度和力矩。需要注意的是：在產品設計時，應充分考慮該結構形式下設備的整體穩定性、穩固性以及安全性。

2 橡膠雙螺桿擠出壓片機的結構改進

20 世紀90 年代開始，橡膠雙螺桿擠出壓片機在橡膠制品企業大面積推廣應用。隨著高質量發展理念的逐步推動，越來越多的企業對煉膠過程的把控漸漸重視起來，在新設備引進時，其對設備的要求也已由“ 粗放” 朝“ 精細” 轉變。我國的橡膠設備制造企業針對用戶廠層出不窮的新標準、高要求，近年來不斷在原本成熟的技術基礎上加以細節優化和結構升級，從而使得設備在環保、高效、精準和安全等方面都有了不同程度的進步和提高。

2.1 輥筒的防粘技術

輥筒是橡膠雙螺桿擠出壓片機的主要工作部件，一般采用冷硬鑄鐵制造，內部通水對其自身進行冷卻。輥筒的輥面需要長時間與膠料進行摩擦運轉，因此輥筒的化學成分、機械性能、加工方式等都影響著它的使用壽命。一般來說，輥筒的內部韌性較好、強度大，表面又具有一定厚度的冷硬層，這些特質其實足以對抗市面上絕大部分膠料對整個輥面或者局部工作面產生的巨大磨損。但隨著近年來“ 真空輪胎“、“ 綠色輪胎” 等概念的迅速普及，“ 丁基膠”、“ 白炭黑” 等字眼越來越多的涌入橡膠行業市場，這就意味著生產設備需要具有更好的防黏性以及耐腐蝕性。為順應市場，我國的橡膠設備制造企業經過一段時間的科研攻關，在保持輥面具有一定冷硬深度的基礎上，對其工作表面噴丸處理后鍍鉻，噴丸鉻層與輥筒本體結合力好，一定程度上提高了輥筒的機械強度，且增加了耐磨性、耐腐蝕性以及防黏性等諸多優質性能。

2.2 液壓鎖緊裝置

橡膠雙螺桿擠出壓片機在標準配置下，使用機械式鎖緊塊將壓片裝置與擠出裝置固定聯接在一起。工作時，設備經過連續運轉，無法避免的機體震動易導致鎖塊上的緊固件松動，鎖塊的鎖緊狀態不實，嚴重時會影響設備的整體精度，進而影響制品品質。近年來，國內的橡膠設備制造企業研制出一種液壓鎖緊裝置（如圖7 所示）用來替代傳統的機械鎖塊：鎖緊墊塊（件9）固定在機筒耳塊上，壓蓋（件1）與壓片裝置機架固定連接在一起，鎖緊油缸（件5）通過油缸支架（件3）同時在壓蓋和機架上固定，又通過絲桿（件7）、螺母（件8）與滑動塊（件2）聯接，鎖緊油缸橫向穿過壓蓋且與鎖緊墊塊通過斜面貼合。設備工作時，油缸活塞桿受力伸出，推動絲桿向設備內側施壓，使得滑動塊與鎖緊墊塊間的斜面緊密貼合，當設備工作受到震動迫使滑動塊與鎖緊墊塊的兩個斜面產生縫隙，油缸迅速響應，活塞帶動絲桿向內推動從而補償二者的間隙，使滑動塊與鎖緊墊塊繼續保持貼合狀態，進而達到鎖緊的目的。油缸在推動滑動塊運動時，滑動塊與壓蓋、機架的結合面產生摩擦，為避免工作件的磨損，在結合處設置耐磨板（件4、件6），同時鎖緊墊塊與滑動塊之間存在相對運動，因此在斜面處通過潤滑接管（件11）定期通油潤滑，使用限位塊（件12）設置極限位置以防止擋膠板刮傷輥筒，并通過E向視圖中的接近開關檢測該裝置的鎖緊和松開狀態。此機構設計簡單，但又可輕松實現設備工作時擠出裝置和壓片裝置時刻鎖緊的目的，具備推廣和應用的價值。

圖7 液壓鎖緊裝置結構示意圖

圖8 機械式調距裝置結構示意圖

2.3 液壓調距裝置

根據橡膠制品企業針對不同配方的工藝要求，橡膠雙螺桿擠出壓片機在使用時需要調整輥筒距離，此功能通過調距裝置進行，調節范圍一般為1～10 mm 不等，當檢維修時，上輥筒最大可提升至200 mm。當今市面上應用較多的橡膠雙螺桿擠出壓片機調距裝置一般為機械式調距：即調距時電機（件1）通過減速機帶動蝸桿（件2）和蝸輪（件4）轉動，從而使絲杠（件6）上下運動，由于絲杠與安全裝置及軸承座固定在一起，當絲杠作上下運動時，上輥筒也一起運動，進而實現輥距的調節。當設備工作時，膠料從輥筒之間被壓出，膠料對輥筒產生的橫壓力使得上輥筒具有被向上頂起的趨勢，由于絲杠和螺母（件5）之間通過梯形螺紋傳力螺旋，而該螺紋副存在不可避免的軸向間隙，因此，絲杠在該力的帶動下，通過軸向間隙向上微抬，進而上輥筒也向上抬起一定的距離，該運動距離使得擠出裝置擋膠板與輥筒之間的間隙產生變化，較初始狀態呈變大趨勢，這一間隙的產生使得膠料為釋放壓力而從這里竄出，進而造成壓出的膠片邊緣不整齊，兩側有膠邊甚至掉落膠豆的后果，這也成為了近年來越來越多的橡膠制品企業重點關注的問題。因此，摒棄傳統的調距方式，采用PLC、液壓站和人機界面實現輥距調節，即液壓調距，大概率會解決上面所說的問題。相比傳統的機械調距，液壓調距具有反應靈敏、傳動平穩、操控簡單等優點，但同時，也存在造價昂貴、現場油液泄露以及維修難度大等弊端。

3 結語

煉膠工藝經過幾代人的摸索和探究，目前看來，各制品企業都有了其自身獨特的生產管理理念以及產品發展方向，對于設備的配置和功能也都存在著不同程度的標準和要求，以此實現其在工藝上的改進和提升，進而滿足現如今消費者越來越嚴苛的產品需求，使產品兼具功能性、環保型、可靠性等綜合發展實力。產品不競爭就沒有生命，企業不競爭就不能前進，“ 與顧客零距離就是與競爭對手遠距離”，同理，國內的橡膠設備制造企業也應在把控好自身產品質量的前提下，深入理解和準確把握市場和客戶的需求，在產品設計的大方向以及細節上不斷加以完善和創新，在協助客戶創造價值的同時，進而建立和培育其企業自身的核心競爭實力。