一、概述

1、 課題提出（chū）的背景及依據必要性

現代橡膠工業的主流煉膠設備是密煉機及其上下輔機，已經過了近百年的發展。目前應用的混煉膠工藝方法主要有以下三種：

種是常用的兩段或多段的煉膠方法。膠料的混煉和加硫終煉均在（zài）密煉機中反複完成。它的缺點是膠料需要多次搬運及中間（jiān）存儲環節，膠料有反複升溫和降溫的過（guò）程，效率不高。

種是在密煉機完成混煉，在開煉（liàn）機中加硫磺等劑完成終煉。它（tā）的缺點是周（zhōu）圍（wéi）環境差，密煉機和（hé）開煉機的混煉周期有差異，產量不容易匹配。

第三種是膠料（liào）的混煉和終煉均在一台齧合型密（mì）煉機上實現（xiàn）。由於齧合型密煉機相（xiàng）比切線型密煉機具有更優越（yuè）的冷卻能力和混煉作用，因此有（yǒu）的膠料能在齧合型轉子（zǐ）密煉機上實現一段混煉和終煉，在加硫之前，膠料能夠冷卻到一定程度，目前此工藝也於（yú）在橡膠製品，在輪（lún）胎膠料配方上使用的並不多（duō）。

隨著汽車工業和高速公路的快（kuài）速發（fā）展，對於輪胎性能（néng）的技術要求日益提高，輪胎正向（xiàng）著（zhe）高技術含量和精（jīng）細化（huà）方向發展，尤其（qí）是節能型和環保型汽車綠色輪胎日益普及（jí）。“綠色輪胎”憑借其優於普通輪胎的更高的燃油效率，性能以及耐久性能，是輪胎行（háng）業中發展迅猛的（de）細分市（shì）場，有著約10%的全球年增長率。到2020年，中國綠色輪（lún）胎的市場占有率將有（yǒu）可能（néng）提高50%。

根據歐盟近日出台的（de）輪胎標（biāo）簽法（fǎ）規（guī），自2012年11月1日起（qǐ），在（zài）歐盟銷售的轎車胎、輕卡（kǎ）胎（tāi）、卡車胎及（jí）公共汽車（chē）輪胎加貼標簽，標示出（chū）輪胎的燃（rán）油效率（lǜ）、滾動噪聲合濕抓著力的等級。輪胎（tāi）標簽法對輪胎的（de）製造工藝，尤其（qí）是高性（xìng）能橡膠生產提出了極高的要求，為了增加抗濕滑能力、降低（dī）輪胎的滾動（dòng）阻力，降低噪音，白碳黑將被越來越多地應用於輪胎中，尤其是胎麵膠中。

而采用傳統工藝進行大份量白碳黑混煉是（shì）很（hěn）困難的，其他混煉膠如胎（tāi）側膠等也需要多段（duàn）混煉，而每段煉膠都需要高溫混煉、冷卻、儲存、搬運等環節，能耗大、效率低。

根據國（guó）外對白碳黑、難分散的硬（yìng）膠料的混煉技術研究認為，采用串聯式密煉機煉膠工藝，可以（yǐ）滿足這種膠料的混（hún）煉（liàn），經過實驗研究，串聯密（mì）煉機及生產線（xiàn）煉（liàn）膠工藝（yì）技術具有、節能（néng）、環保優點，可以實現大份額白碳黑胎麵膠（jiāo）的一段（duàn）混煉（liàn），並膠料混合質量均一性（xìng）好，白碳黑分（fèn）散性好，同時實現節能降耗、節約原料等目的。隨著橡膠輪胎製造技術的發展，子午化率不斷提高的情況下，對高質量輪胎的（de）需求也隨之增加，引發了對白碳黑工藝的研（yán）究和推廣，對串聯密煉機的需求也悄（qiāo）然興起（qǐ）。

2、科學意義和社會經濟意義

根據國（guó）外對高質（zhì）量、高科技含量的輪胎（tāi）技術研究，節能、環保、是輪胎技（jì）術發展（zhǎn）的主要（yào）趨勢，也是當今輪胎技術發展和追求的方向，要（yào）求具有、環保、節能特性，如輪胎的滾動阻力（lì）小、耐磨性、抓地性、防滑性、抗穿刺等性能，而這些性能需要有較好的輪膠膠料。在膠（jiāo）料中加入白（bái）碳黑就是一種較好的選擇，而（ér）白碳黑在膠（jiāo）煉過（guò）程（chéng）中被認為是一種難分散，難混煉的物料，它對普通混煉設備的損害較（jiào）大，快速磨損，甚（shèn）達（dá）不到質量要求，所以需要一種（zhǒng）新型的煉膠設備來適應加入白碳黑（hēi）的煉膠工藝，國外技術研究認為，串（chuàn）聯密煉機可以（yǐ）混煉參有大量白碳（tàn）黑的膠料，而煉（liàn）膠質量均一性好、白碳黑的分散均勻性好，可（kě）提（tí）高煉膠質量，可以保證高質量（liàng）輪胎對生產對膠料的要（yào）求（qiú）。因此，串聯密煉機的研發，對輪胎企業的技術創新，對輪胎技術水平和質量的（de）提高，對輪胎工（gōng）業的發展，具有重要意（yì）義，也對我（wǒ）國汽車的行駛，節能環保（bǎo）等具有重要意義。也是對我國橡機行業的鞭策和要（yào）求，研製串聯密（mì）煉（liàn）機及生產（chǎn）線意義重大。

3、項目（mù）研究與開發概述

本公（gōng）司是專門生產密煉機設備的公司，從上世紀80年代就開始生產密煉（liàn）機、擠出壓片、膠片冷卻（què）和開（kāi）煉（liàn）機等，在橡膠機械的開發和應用有著（zhe）深厚的技術（shù）基礎和經驗，本（běn）公司的密煉機（jī）規（guī）格齊全，從25L-650L，具有各種形式的轉子(包括齧合型、切線型、同步轉子、四棱、六棱和八棱轉子)、液（yè）壓式頂（dǐng）栓、硬齒麵傳動箱、硬化堆焊（hàn）技術等，技術，在享有很高信譽。特別是公司經過多年的技術積累和實踐，已（yǐ）建立了完善的煉膠機械（xiè）的研發平台，相關設計計算軟件、實驗機台。加工工藝、檢測（cè）手段等齊全，是實力強的煉膠機械生（shēng）產（chǎn）和供貨商。

根據國外煉膠機工藝的發展，串聯密煉機由（yóu）於節能、環保、煉膠質量好、節省操作場地、能夠煉白碳黑硬膠等優點，輪胎（tāi）企業已經開始試（shì）驗這種（zhǒng）煉膠工藝，已對串聯（lián）密煉機提出了要求，另外，在新掀起的低溫節能煉膠工藝中，串聯密煉機也有重要的作（zuò）用，可以成為白碳黑等難以混煉、難以分散、硬度較高的煉膠工藝中的一種上（shàng）佳設備（bèi），我公司與輪胎製造用戶進行了廣泛的交流與合作，進行了串聯密煉機煉膠（jiāo）工藝和技術的（de）跟蹤研究，主要了解了串聯密煉機的（de）主（zhǔ）要生（shēng）產（chǎn）工藝和（hé）技術參數要求，各設備需要的功能和環境要求等。確定了串聯密煉機上（shàng）位機和（hé）下位機、擠出壓片及膠（jiāo）片冷卻機的主（zhǔ）要技術參數和控製要（yào）求，從滿足工藝要求出（chū）發，配置產品的水平和檔次，並經過多（duō）次的工藝試驗等，基本掌握了串聯密煉（liàn）機（jī）煉膠的主要（yào）技術要求和裝（zhuāng）備性能（néng）要求，完成了串（chuàn）聯密煉機及生（shēng）產線的整體方案設計，目前正在進行工程圖（tú）紙設計，可以滿足橡膠和輪胎加工企業用戶的新的煉膠工（gōng）藝需求。

二（èr）、外（wài）現狀、市場調查和需求預測

隨著新工藝和新配方的發展，出現了許多新特征的膠料(例如加入白碳黑和矽（guī）烷偶（ǒu）聯劑（jì）的膠料)。這些膠料主要有兩個新（xīn）的特征，一是對溫度敏感，二是煉膠過程中會產生大量（liàng）水汽，對設備有一定的（de）腐蝕性。為了滿足大規模橡膠加工，適應特殊工藝要求，提高（gāo）煉膠（jiāo）質（zhì）量，解（jiě）決低效和排汽（qì）問題。國外橡（xiàng）膠機械企業首先發明了雙工位串聯組合式密煉機，以複合方式取代以前單工位密煉機作用方式，將升（shēng）溫（wēn）混煉（liàn）和恒溫反應兩個工藝階段安排在兩個容積不同的工位上完成（chéng）。雙工位串聯組合式密煉機主要由三部分組成，部分（fèn）是上工位完整的傳（chuán）統（tǒng）密煉（liàn）機，部分是下工位去掉上頂（dǐng）栓的密煉機，第三部分是上、下工位密（mì）煉機連接起來的連接料筒。上工位采（cǎi）用容（róng）量小填充係數（shù）大的密煉機，下工位采用容量大填充係數小的密煉（liàn）機，通（tōng）過提高散熱性來減慢生熱速度，保證下工位的恒溫反應，上工位采用普（pǔ）通低溫轉子，下（xià）工位采用快速吃料型低溫轉子。主要還是應用在大產量的密煉（liàn）機組上。

近年來，橡膠煉膠行業的發展新趨勢（shì）是（shì）努力使橡膠機械產品向節（jiē）能、降耗和（hé）環保的方向發展，特別是在研發代表當前煉膠設備發展主流方向的一步法煉膠設備上邁出了積極的（de）步伐，串聯式密（mì）煉由於其比原有的密煉（liàn）機（jī）提高煉膠效率，節省能源等有點，已被企（qǐ）業認識到，開始尋找串聯式密煉機的生產廠家，已有生產企業開始研發串聯密煉機，該串聯式密煉機主要用大生產量煉膠生產廠（chǎng）家或煉（liàn）膠中心。據有關資料（liào）介紹，采用串（chuàn）聯式密煉機生（shēng）產效率可意（yì）提高50%以上，節約電能60%以上，極大地提高了膠料的分散性和均勻性，從而（ér）大大提（tí）高輪胎的使用壽命。相對於原有的煉膠生產線（xiàn），采用串聯式密煉工藝可以較（jiào）少（shǎo）密煉機的數量，提高煉膠效率，減（jiǎn）少廠房（fáng）投資和（hé）設備投（tóu）資約30%，這樣（yàng）的優勢，很快會在橡膠和輪胎行業推廣和普及（jí），市場需（xū）求很快興起。

三、技術可行性分析

1、 課題研究（jiū）與開發論述

1.1、主要研究（jiū）與開發內容

本課題主要研究內（nèi）容是：開發一條（tiáo）、節能、環（huán）保串聯密煉機及生產線。該密煉機生產線是由一台帶有上頂栓密煉（liàn）機(上位機)與下方一台不帶上頂栓的大容量密煉機、加擠出壓片和膠（jiāo）片冷卻的聯合煉膠裝（zhuāng）置組（zǔ）成。將升溫混煉和恒溫反應兩（liǎng）個工藝階段安排在兩個容積不同的工位上完成。

在上（shàng）位機以相（xiàng）當高的轉速和上頂栓壓力進行（háng）混煉，然（rán）後膠料不經存放直接放到下位機，在下位機完成完成冷卻和終煉。因為下位機是無上頂栓（shuān）的密煉機，且填充（chōng）係數（shù）很低，通常在0.4左右，因此要采用齧合型轉子密煉機，才能實現無（wú）壓下的自喂料，達到良好的煉膠效果。起到進一步冷卻和（hé）補（bǔ）充（chōng）煉膠作用。後（hòu）下位機排放的膠料在開煉機或擠出壓片出片。

這次研究開發的方向（xiàng）是上位機采用320L齧合型轉子密煉機，下位機采用無上頂栓的（de）580L齧合型轉子（zǐ）密煉機。實現項目研發產品替代進（jìn）口，具有自主知識產權。該項目研製成功後將填（tián）補空（kōng）白，主要技術指標達到世界前沿技（jì）術（shù）水平，實現可觀的經濟效益和社會效（xiào）益。

1.2、 主要（yào）技術參數

a)上位機（jī）：XMN-320×(5—50)Y 密煉機

密煉室總容（róng）積：332L

密煉（liàn）室填充係數：0.65

轉（zhuǎn）子形式：節能齧合型

轉子轉速：5—50r/min

轉子速比：1：1

上頂栓對膠料單位麵積壓力：0—0.6mpa

主電機功率：AC1400kw

b)下（xià）位機：XMN-580×(5—50)Y 密煉機

密（mì）煉室總容積：590L

密煉室填充係數：0.37

轉子（zǐ）形式：節能齧合型

轉子轉速：5—50r/min

轉子速比：1：1

主電機功（gōng）率：AC800kw

1.3、 主要技術關鍵

a)轉子與轉子間呈齧合狀態，轉子外形采用（yòng）CAD三維造型，CAM數控加工，保證了轉子正確的齧合間隙，轉子間齧（niè）合作用增強。壓砣下表（biǎo）麵與卸（xiè）料門表麵均為半（bàn）徑與密煉室半徑相同的雙圓弧麵，增（zēng）大（dà）了轉子棱與密煉室煉膠的包角。

b)國外公司密（mì）煉室的（de）典型結構是（shì）上下剖開的八（bā）件所組成(前後混煉室兩件、左、右下邊支架兩件、上（shàng）支（zhī）架四件)，而本機台設計，考慮到我廠設計生產密煉機的傳統結（jié）構和工藝條件，大膽采用了四件式混煉室結構(前後混煉室兩件，左、右邊支架兩件（jiàn）)，而整體落地式邊支架具有更佳的強度、剛（gāng）度（dù）和（hé）精度，且大大簡（jiǎn）化了鑄造，機械加工和裝配的工作量。

c)轉子由合（hé）金鑄鋼的轉（zhuǎn）子體與鍛鋼（gāng）長軸熱裝而成的。轉（zhuǎn）子的（de）強度和剛度大（dà）大提高。轉子體內孔（kǒng）為單（dān）向螺旋槽強製循環冷卻，冷卻水直接（jiē）通過各個棱的空腔內，冷卻效果（guǒ）好。

d)轉子由雙向推力調心軸承承受軸向力並確定軸向位置，了雙列向心滾子軸承的受（shòu）力情況，提高了其使用壽（shòu）命，軸承處及轉（zhuǎn）子端麵密（mì）封處設有測溫電阻以監測軸承和密封圈的溫（wēn）度。

e)的冷卻。密煉室內壁及卸料門均為鑽孔冷（lěng）卻，壓砣，、前（qián）、後轉子、擋圈均（jun1）通水冷卻，能有效帶走煉膠過程中產生的熱量（liàng）。

f)的抗磨。轉子工作表麵、密煉室內壁（bì），卸料門表麵均堆焊耐磨硬質合金，壓砣及（jí）其它與膠料接（jiē）觸（chù）麵采用硬化處理。

g)主（zhǔ）驅動（dòng）用高（gāo）壓交流電機變頻技術（shù）實現轉子的（de）無級調速。高壓變頻裝置針對電網特殊（shū）設計，能夠更大限度的提高網側（cè）的功率因數，使設備在不加任何功率（lǜ）補償設備的情況（kuàng）下，功率因數接（jiē）近1。因此高壓（yā）變頻（pín）密煉機功率因數，諧（xié）波汙染少，相應設備發熱較少，電機效率達到，節能效果。

h)上頂栓采（cǎi）用液壓式(我公司專（zhuān）利（lì）技術（shù）)，上、下行平（píng）穩可靠（kào），可根據煉膠工藝要（yào）求無級（jí）調壓。轉子端麵密封裝置采用液壓式密封，且密封比壓（yā）可調（diào），密封可靠。液（yè）壓驅動（dòng）下（xià）落式卸料門，采用雙齒條驅動，運行平穩（wěn）、可靠，開閉時間短。卸料門鎖緊采用曲拐式鎖緊，鎖緊力強（qiáng），卸料（liào）快、密封好。

i)整個生產線實現膠料混（hún）煉生產工作（zuò）的全自動化，從而提高了生產效率，采用可編程控製（zhì）器和觸摸屏來控（kòng）製整個（gè）操作自動化，提高煉膠合（hé）格率（lǜ）。現場可實現（xiàn）手動（dòng）操（cāo）作及自動（dòng）控製的切換;同時具有完善的（de）報警係統。

1.4、 主（zhǔ）要創新點及效果

a)新型節能齧合型轉子的研發

上、下位機均采用結構的節能齧合型轉子（zǐ）。依靠我（wǒ）公司（sī）生產設計密煉機50餘年的經驗完全獨立自主開發設（shè）計。轉子的研製是核心部分，由於兩轉子在設（shè）計的三（sān）維間隙下互相齧合旋轉，對轉子齧合棱（léng）工作表麵的精度要求，遠（yuǎn）高於傳統的相切型轉子，因此轉子的齧合參數、轉子各棱工作曲麵的設計，均應用CAD三維立體造型設計。在確保密煉室有效總容積和轉子機械（xiè）強度（dù）前提下，由（yóu）二維平麵設定，初步計算到三維立體造型，創成轉子（zǐ）各部的輪廓曲麵，來驗（yàn）證二維初步設定的正確性，再由三維轉化到二維，求得各部截（jié）麵的二維曲線，以驗證由CAM數控自動加（jiā）工成形的終製品的正確性。相比傳（chuán）統的齧合型轉子，增強了兩個轉子間的齧合作用，轉子（zǐ）的受力情況更加合（hé）理，由（yóu）過去的單一向一側的推力改（gǎi）為了兩側力的平衡（héng），有助於提高密封裝置的壽命。單向（xiàng）螺（luó）旋冷卻水麵積更大，更接近轉子表麵，可有效帶（dài）走煉（liàn）膠中產生的熱（rè）量，有效地控製膠料（liào）溫升和排膠（jiāo）溫度，提高生（shēng）產效率。

b)變頻（pín）技術的應用

主驅動電機采（cǎi）用我公司自主研（yán）發設計的高壓交流（liú）電機變頻技術，相比於直流電機（jī）驅動係統，具有節能降耗，維護簡單（dān）等優勢（shì）。

2、課題技術基礎和（hé）產（chǎn）品（pǐn）可靠性論述

我（wǒ）公司具有30多年研製和生產密煉機的曆史，密煉（liàn）機的整體性能已達到水平，。炭黑分散度、製品品質及均一性和產能（néng）等關鍵指標可與同期進口設備相（xiàng）媲美。各關鍵（jiàn）件的（de）材質（zhì）組分、加工及檢查手段，與國外無明（míng）顯差異，如（rú）關鍵件的合（hé）金（jīn）堆焊工藝為，;核心技術液壓上頂（dǐng）栓、同步及六棱轉子和大型密煉機主電機變頻控（kòng）製為，與進口產品相當（dāng）。產品均按歐盟CE標準進行設計製作，外觀緊湊整潔，標識明顯，操作性能優異。擁有幾十（shí）項密煉機的專利技術。

2004年繼成功地研製開發（fā）出台270L齧合型轉子密煉機開始，之後又陸續開（kāi）發（fā）了90L、135L、160L、190L、430L、580L齧合型（xíng）轉子密煉機，目前售出幾十台，用戶使用情況良好。

、節能、環保串聯密煉機生產線是以320L、580L齧合型轉子密煉機作為主機，具有的節能（néng）型轉（zhuǎn）子技術，核心液壓上頂栓（shuān）技術、變頻技術、合金硬化處理技術等技術於（yú）一身的高新技術（shù）產品。

四（sì）、實施課題所需條件及（jí）解決措施

a)應用計算機（jī）仿真技術對密煉機煉膠過程的流程進行動態模擬，包（bāo）括密煉過程溫度場的模擬、轉子外形輪廓（kuò）的變化、煉膠壓力、轉子轉速等對煉（liàn）膠的影響等方麵，為、節能（néng）、環保密煉機（jī）生產線的設計與模擬放大提供自主創新的平台。

b)建立煉膠實（shí）驗室，配備必要（yào）的實驗設備、檢測儀器和人（rén）員。對公司現有各類型轉子進行煉膠（jiāo）試驗，積累包括密煉過程溫度場的模擬、轉子外形輪廓的變化、煉膠壓力、轉子轉速等對煉膠質量的影響等方麵數據，總（zǒng）結（jié）現有轉子對煉膠的影響，並根據試驗結（jié）果不斷修正計算機仿真模（mó）型。

c)根據前兩方麵的結果設計新型節能齧合型轉子，再經過試驗驗證。同時研究新的轉子鑄造（zào）技術（shù）、加工技術、合（hé）金堆焊技術、檢測技術、機電、智能化和網絡化控（kòng）製技術、聯鎖控製和在線監（jiān）測（cè）技術。對、節（jiē）能、環保密煉機生產線的研發設計、加工（gōng）工藝、生產（chǎn）製造、安裝調試等全過（guò）程進行質量監控。

五（wǔ） 課題實施方案

1、研究與開發技術方案（àn）

、節（jiē）能、環保串（chuàn）聯密（mì）煉機生產（chǎn）線是由一台（tái）帶有上頂栓的密煉機(上位機)與（yǔ）下方一台不帶上頂栓的大容量密煉機(下位機（jī）)、一台擠出壓片機和一台膠片冷卻機和輸送裝置的（de）聯（lián）合煉膠（jiāo）裝置組成。將（jiāng）升溫混煉和恒溫反應兩個工（gōng）藝階段安排（pái）在兩（liǎng）個容積不同的工位上完成。上位機可以是齧合（hé）型轉子密煉機（jī），也可以是切線型轉（zhuǎn）子密煉機，通常在上位機以相（xiàng）當高的轉速（sù）和上頂栓壓力進行混煉，然後膠料不經存放直接放到下位機，在下位機（jī）完成（chéng）冷卻和終煉。因為下位機是無上頂栓（shuān）的密煉（liàn）機，且填（tián）充洗漱很低，通常在0.4左右，因此要采用齧（niè）合型轉（zhuǎn）子密煉機，才能實現無壓下的自喂料，達到良好的煉膠效果。做好下（xià）位機排放的膠料擠出壓片（piàn）機上進行通常方法的操作。

2、主要方案及工（gōng）藝流程

整條（tiáo）生產線上位機是320L齧合型轉子密煉機、下位機為580L齧合（hé）型轉子密煉機、一台擠出壓片機、一套膠（jiāo）片冷卻（què）裝置、輸送裝置和（hé）其他輔助設（shè）備組成。