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第一节本章的教学目的、要求、重点、难点及有关要求§1-1本章的教学目的与要求通过本章的学习，使同学们掌握开炼机的主要用途、工作原理、主要结构及设计过程，特别是主要零部件设计思路和方法，熟悉机台操作方法及相关特点，了解核心部件加工方法，培养在橡胶机械生产的全部过程能独立设计开炼机和在橡胶工艺流程中能自己正确使用和指导工人正确使用开炼机的工程技术人员。§1-2本章的重点、难点及要求重点:开炼机工作原理、强化炼胶的条件、核心部件设计思路和方法。难点:机台各部件结构及原理、核心部件的设计、参数的选用、机台加工方法。要求:(1)要求同学们掌握开炼机的重要用途，分类方法，工作原理，主要结构及其区别，横压力及相关概念，辊筒及主要部件设计方法，受力分析及相关结构，强化炼胶的条件。(2)要求同学们熟悉塑炼、混炼等工艺概念，开炼机基本结构，操作方法，规格表示及主要技术特征，核心部件的设计过程，设计过程中的参数选择，传动方式及电机的选择。(3)要求同学们了解当代炼
胶车间的特点，横压力、传动功率、产量的计算方式及其区别，开炼机组装过程。(4)要求同学们自学课堂上未讲的书本内容。§1-3辅助教学情况多媒体+板书§1-4授课内容1开炼机概述(分类、用途、基本结构、工作原理、技术特征等)。2开炼机的主要性能参数(辊筒直径和长度、辊距、速比、接触角、横压力、传动功率、生产能力等)。3开炼机的传动系统(传动型式、电机选择等)。4开炼机主要零部件的设计(辊筒、辊筒轴承、机架与横梁、调距装置、安全与制动装置、挡胶板及翻胶装置等)。§1-5主要外语词汇开炼机--mill辊筒--millroll包辊(现象)--millbanding橡胶--rubber塑炼--milling薄通--millrun混炼--mixing，blending热炼--millwarm-up横压力--horizontalpressure辊距--millclearance挡胶板--millcheek翻胶装置--millblender开炼机辊筒速比--millrollratio接料盘--millpan轴承--bearing冷硬铸铁--chilledcastiron划胶刀--millknife/millblade开炼机容量--millbatch/millcpacity§1-6作业1.了
解当代炼胶车间的特点。2.掌握开炼机主要用途及分类方法。3.掌握塑炼、混炼、压片、供胶及热炼等工艺的概念及他们之间的区别，分别采取了什么办法能够达到目的。4.了解开炼机基本结构，掌握几种典型的开炼机的主要区别。5.掌握开炼机的工作原理。6.掌握开炼机强化炼胶效果应具备的条件。7.了解开炼机规格表示方法和主要技术特征。8.掌握横压力的概念及其影响因素。9.了解横压力计算的几种方法及其区别。10.掌握开炼机功率消耗的特点。11.了解开炼机传动功率几种计算方式及其区别。12.了解开炼机产量计算方式及其影响因素。13.掌握开炼机辊筒的作用、要求、所用的材料、结构和分类方法和辊筒受力分析计算方式。14.掌握开炼机辊筒轴承的作用、位置、类型及润滑方法。15.掌握开炼机辊筒调距装置的作用、位置、调整范围、分类及其具体结构。16.了解开炼机的传动型式以及电机选择要求。17.了解开炼机的组装过程。§1-7参考教材或资料1、《聚合物加工原理》Z.塔德莫尔等编著耿孝正等译化学工业出
版社2、橡胶机械(苏联)4、相关杂志，例如:《橡塑技术与装备》、《橡胶工业》、《世界橡胶工业》、《特种橡胶制品》、《RubberWorld》等等。第二节概述炼胶设备是橡胶工业中的通用设备，在所有橡胶制品加工中都一定要经过炼胶加工工序。因此，炼胶设备是橡胶机械中重要的设备之一。目前的炼胶设备主要有开炼机、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，塑料方面已工业化)。本章主要学习炼胶设备之一开炼机。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，才能真正的完成炼胶系统技术创新。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。当代炼胶车间(millingroom)的特点1)中心化大的橡胶或轮胎厂都有或正在筹建大型、集中的炼胶中心。2)使用大容量的炼胶设备优点:①可减少炼胶车间设备台套数，可减少炭黑等材料的泄漏点;同时可提高生产效率，降低能耗，降低生产所带来的成本;②可提高胶料质量稳定性，机台减少，单台容量加大，由此减少批次数量，能够保证胶料质量稳定性;③有利于设备控制现代化。3)采用双螺杆挤出机代替开炼机压片优点:无泄漏、效率高、劳动强度低、胶料质量好。4)实行计算机和网络远程管理设有监控装置，可使操作人员和管理人员在办公的地方作异地了解和控制炼胶设备的运行。5)胶料生产线机械化、联动化、自动控制水平慢慢的升高.。§2-1开炼机的发展动向开炼机全称开放式炼胶机，是橡胶工业中的基本设
备之一，也是三大炼胶设备之一，它是橡胶工业中使用最早，结构最简单的最基本的橡胶机械。早在1820年就出现了人力带动的单辊槽式炼胶机。双辊筒炼胶机于1826年应用在橡胶加工生产中，至今已有180多年的历史。我国设计制造大型开炼机始于1955年。近五十年来开炼机的设计和制造水平有了很大提高。近几年来国产新型结构开炼机不断的涌现。有力地促进了开炼机地发展。到目前为止，国产开炼机已成为系列，并完成了部分规格的定型设计工作，并已出口国外。随着橡胶工业的持续不断的发展，开炼机在逐步的完善和不断的更新。在自动化流水混炼作业线中，由于挤出压片机、密炼机和连续混炼机等设备的应用和发展，开炼机的应用限制范围已显著缩小，但在中、小型工厂中，特别在再生胶和小批量特殊胶种以及胶料的生产中，应用仍较为普遍。国外的人表示，密炼机并没有代替开炼机，密炼机只是制造出接近完成的胶料，而以后的加工，最好还是用开炼机去继续完成。国外开炼机系列近年来都无多大变化，结构上已趋
于定型，仅仅是在零部件方面不停地改进革新。其发展的动向是提高机械化自动化水平，改善劳动条件，提高生产效率，减小机台占地面积，完善附属装置和延长常规使用的寿命等方面。今后发展趋势:①控制方面，实现自动化操作，改善劳动条件②调距方面③轴承方面④安全保护装置(全方位刹车)⑤传动方面，采用双出轴⑥辊筒的材质及铸造方法。§2-2开炼机的用途与分类先讲几个工艺的基本概念1.塑炼(milling):把弹性生胶转变成可塑状态的工艺工艺流程。特征:分子量降低，弹性降低，可塑性增大，流动性好，永久变形增大等。2.混炼(mi xing，blending):将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的工艺过程。3.压片(millsheeting):根据工艺技术要求，在开炼机上把胶料压成一定的宽度和厚度的工艺过程。4.供胶:根据工艺技术要求，在开炼机上把压成一定的宽度和厚度的胶料，送到下一步工艺(挤出、压延) 的工艺过程。5 .热炼(mill warm-up):根据工艺技术要求，在开炼机上把胶料加工成一定的温度和可塑度，并送到下一步工艺(热喂料、压延)
的工艺过程。一、用途开炼机大多数都用在:1.生胶的塑炼、破碎、洗涤、压片;2.胶料的混炼、压片以及胶料中的杂质清除;3.混炼胶的热炼、供胶;4.再生胶的粉碎、混炼、压片。此外，它还大范围的应用于塑料加工和油漆颜料工业生产里。从目前来看，开炼机的用途还是很广泛的，现在在许多方面用密炼机能代替，但开炼机仍有实际意义。1.在中、小型厂是必备的设备。因为密炼机的投资大，而且密炼机的用途不如开炼机的广泛。2.某些对热敏性强的混炼胶可避免早期硫化，而便于散热，必须用开炼机混炼。3 .某些生产厂商混炼各种不一样的颜色的胶料，只用开炼机便于清洗。4. 特殊用途橡胶，如丁腈加强胶二、类型由于工艺用途不同，其结构也有差异，为满足工艺操作的要求，一般按其用途来分，如下表:
动画§2-4 开炼机的工作原理开炼机为什么能够把高弹性的生胶转变为具有可
的开炼机上，加料后胶料反复通过辊距数次，最后切割下片。如图2-2 所示。
的时间反复通过辊筒数次，从辊筒的另一端连续切割所要求胶条。如图2-3 所
2-2 间歇炼胶过程图1-加料2-捏炼3-切割胶料图2-3 连续炼胶过程图1-切胶
如图2-4 所示。所谓接触角，即胶料在辊筒上接触点a 与辊筒断面圆心连线和
缘研究点，在炼胶过程中，胶料对辊筒产生径向作用力(合力)--即横向压力，
相等、方向相反的作用力--横压力的反作用力，用F 表示。把这个力分解成一
个水平作用力Fx 和切向作用力Ft。Fx 的作用:是对胶料产生挤压作用，并使其
产生变形;Ft 的作用:是把胶料推出辊距;图2-4 胶料受力分析另外，胶料与辊
辊距，它的作用是把胶料拉入辊距。若想胶料进入辊距进行炼胶，只有TFtT-
为摩擦力，应为T=F·μ ，F 为正压力，μ 为摩擦系数;μ =tgφ ，φ 为摩擦角。
∴T=F·tgφ 从图上能够准确的看出，即从△FtFA 得知Ft=F·tgα α 为胶料接触角又
擦角φ 大于接触角α 时，胶料才能进入辊距。只有这个条件满足时，才能保证
=38041，炼胶过程中一般都会采用接触角α =32~400，国内推荐采用α =36~400。二、
从流变角度上主要研究:1、胶料的挤压作用是怎么样产生的?以及与横压力的关系?
但对胶料剪切变形所需的能量增加时，胶料温度上升的块，所以要加强冷却。4、
图2-5 胶料流线的分布在炼胶过程中，将胶料进行切割对炼胶过程是十分重要
流区域，形成两个封闭的回流线 线 时，这两个封闭回流线 时，两个封闭回流线的中性面移向慢速辊筒一侧。可见当
所以，大部分炼胶机都设计成两辊筒速度不同(v1≠v2)，但仅速度不同也不能
得到最佳的炼胶效果，这是由于v1≠v2 时，楔形胶条任旧存在封闭回流。只有
应实现下面四点:1、使胶料摩擦角大于接触角(φ α )以便把胶料带入辊距;2、
使前后辊速(线速度)不想等，以便对辊隙中的胶料进行强烈的挤压和剪切;3、
炼胶过程中不断调整辊距，以改变速度梯度，提高炼胶效果。§2-5 技术特征
如Φ550×1500，单位是毫米。我国部颁标准规定的表示方法是在辊筒直径数字
示塑料，K 表示开炼机，400 表示辊筒直径;X(S)K-400:X(S)表示橡胶塑料通用，
K 表示开炼机，400 表示辊筒直径。对于一些特殊用途的专用开炼机，还要增加
一个符合，如XKP-400:其中P 表示破胶机;XKA-400:其中A 表示热炼机。二、
炼胶机规格(mm)速比前辊线速度(m/min)主电机功率(kw)一次加料(kg)用途
30~5020~3515~2522 压片塑炼、混炼、热炼破胶塑炼、混炼、热炼塑炼、混炼、
度已由国家进行了标准化。D，L,加工能力，产量 Q，当 D 一定，L，辊筒变形，
在辊筒设计时，一定要保证足够的强度和刚度。§3-2 辊筒的辊距一、定义:两辊
筒表面的最小距离称之为辊距。单位用mm,me 表示。二、影响因素辊距e 大小
越大，胶料通过辊的变形功越大，消耗的功率N 越大，模压力P 越大。辊距e
越大，胶料通过辊距的变形功越小，消耗的功率N 越小，模压力P 越小。与此
同时，辊距 e 越大，通过辊矩的胶料数量增加，消耗的功率 N 就有增加的趋势。
§3-3 辊筒回转速度、速比和速度梯度一、辊筒回转速度1、定义:辊筒回转速
度，常以辊筒表面的线速度 V(m/min)来表示，或以辊筒的转速(1/rad)来表示。
2、影响因素辊速大小主要根据开炼机的规格和设备的机械化水平。规格越大，
机械化水平越高，线速度就越大。V 越大，Q 越大，N 越大，P 越大，T 上升快，
必须解决冷却问题。V 越小，Q 越小，N 越小，P 越小，T 上升缓慢。二、速比
f1 定义:开炼机辊筒的速比即是主动辊(后辊)与其被动(前辊)筒的线速度之比。
f=式中:f-两辊筒的速比v1、v2-分别表示后辊筒和前辊筒的线速度，单位
m/min。2、影响因素速比是开炼机的主要参数之一，它直接影响到炼胶效果、
f 一般是一个大于1 的数。3、具体值:根据炼胶机的用途不同，其速比也有变
f=1.20~1.50。三、速度梯度1、定义:由于开炼机两辊筒的线速度不等(速比f
≠1),所以胶料在辊隙间的运动是变化的，(即产生速度变化)与后辊接触的胶料
式中--速度梯度(l/min)，e--辊距(m)。2、影响因素从上式我们正真看到，速
是e 的函数，要改变速度梯度通过改变e 是很有效的。3、优缺点从实践中知
炼一般取=7500/min 左右为最佳。真实的操作可根据工艺技术要求，在不致产生焦烧
辊筒断面中心连线的夹角，一般用α 来表示。在同一台炼胶机上，接触角α 与
一次炼胶量有关。炼胶量增加，α 增大。炼胶量减少，α 减小。§3-5 横压力
向作用力(接触应力)。如图所示。径向作用力:Q=f(y)，它力图使两辊筒分离，
其方向垂直于辊面，其大小从y4y4→y1y1 截面渐增，从y1y1→-y1-y1 截面又
平滑下降，在y1y1 截面为最大值，在y4y4 和-y1-y1 截面为零。径向作用力的
分布如图中的虚线所示。切向作用力:τ =f(y)，它力图使胶料拉入辊隙中，其
方向取决于胶料的运动速度，其大小从y4y4→y1y1 截面由零经最大到零，从
y1y1→-y1-y1 截面又由零经最大到零，由于在y1y1 截面上、下胶料与辊面的
持弧的5~10°上，径向作用力的合力作用点要根据实验来确定，合力作用线与
P=F(T,V,D×L,e，t)要从理论上定量的讨论是很困难的，使用时，只能从现有
机台中确定几个参数后，由试验得来，在这里只能定性的分析:(1)横压力P 与
辊温T 的关系，当T 增大，P 减小;当T 减小，P 增大。(2)横压力P 与辊筒规格
D×L，当D×L 增大，P 增大;当D×L 减小，P 减小。(3)横压力P 与炼胶时间t
的关系,t 越长;P 越小。(4)堆积胶的多少与横压力的关系，(实际用接触角也可)
α 越大，P 越大;当α 越小，P 越小。(5)胶料性质与横压力的关系，当胶硬度越
大，P 越大;当胶硬度越小，P 越小。如图2-13 所示。例如硬胶料的混炼与热炼
比天然胶塑炼的横压力要大。(6)胶料温度与横压力的关系:温度越低，横压力
如图2-14 所示。例如冷破胶比预热70℃后再破胶，横压力大10~15%。(7)
对于混炼胶来讲，当e 增大，P 减小;当e 减小，P 增大。(8)辊筒工作线速
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