挤出机安全离合器摩擦片的国产化研制

离合器摩擦副零件中不允许有油污进入， 一旦 有油性物质进入，将会大大降低其摩擦系数，造成设 备损坏。 摩擦片尺寸如图 ~ 所示， 摩擦片单侧工作面 为 1 个摩擦材料扇形块组成，两侧共 个摩擦材料 扇形块。每个摩擦材料扇形块用 只铜铆钉联接到摩 擦片齿轮本体上。 摩擦片工作面的平面度十分重要， 摩擦材料扇 形块铆接到摩擦片齿轮本体后必须整体加工，确保摩 擦片两侧工作面的平面度及平行度。 1.2 安全离合器性能分析 安全离合器工作动力源依靠压缩空气。 压缩空 气通过齿轮箱输入轴中心小孔进入离合器中，在压缩 空气的作用下， 环形活塞（ 图 中 件 ） 被推向压 力盘（图 中件 ） ，安全离合器便被强制结合起来，
第 卷第 期 01 年 月
化 工 设 备 与 管 道 PROCESS EQUIPMENT & PIPING
Vol. No. Apr. 01
挤出机安全离合器摩擦片的国产化研制
Байду номын сангаас徐益军
（中国石化上海石化股份有限公司，上海 000） 摘 要：目前国内大型挤压设备都采用安全离合器作为连接形式。在介绍了聚丙烯装置挤出机ZSK-80中
1 PPF-272型安全离合器结构和性能分析[1- 4]
1.1 PPF-272型安全离合器结构 PPF- 型安全离合器如图 所示。图 ~ 分别 为安全离合器及摩擦片实物图。该离合器联接电机和 齿轮箱。离合器由气动活塞、缸体、摩擦部分和弹性 联轴节组成。离合器可以在不拆卸电机和齿轮箱输入 轴的情况下，只拆卸离合器中摩擦部分的零件，进行
操作、 使用都比较安全， 而且拆装维护方便， 技术 也比较成熟，是大型设备机组普遍使用的连接结构。 在上海石化塑料部采用安全离合器作为连接形式的 造粒挤出机有四台， 其中两台是聚丙烯装置的德国 WP 公司所制造 ZSK-80 型挤压机，另外两台是聚烯 烃装置的日本 JSW 公司所制造的 CIM0-P Ⅱ型和 CMP0X-18AW 型挤出机。 摩擦片是安全离合器中的重要部件， 也是损耗 件，在使用一定时间后，必须更换或修复。聚丙烯装 置中进口的安全离合器已使用多年， 磨损严重， 常 出现故障， 造成两台设备经常停车检修， 严重影响 物料产量，经济损失相当大，要解决此问题的关键是 必须定期更换摩擦片。然而进口摩擦片的使用周期非 常长，而且国外供货商不接受单独订购摩擦片组件， 需要成套订购，价格相当昂贵，因此，安全离合器国 产化工作是十分必要的。
2 摩擦片的国产化研制
2.1 摩擦片材料的选择 摩擦离合器中最重要的部件是摩擦副（ 摩擦副 包括摩擦片和摩擦片的配对件） ，摩擦片材料、尺寸 及摩擦系数等参数决定着摩擦离合器的传扭能力、 性能和寿命长短的问题。 所以选择摩擦片材料至关 重要。
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第 卷第 期
表2 进口摩擦片的传递扭矩计算
项目 P(表压)/MPa 轴向力S/×10 N 传递扭矩M/×10（N·m） 0. .8 . 0. 10. .10 参数 0. 1 .88 0. 1. . 0. 1. .0
2 . 3 . 3 采用国产摩擦片时安全离合器最大工作气压 计算 P'max 表 =0. MPa（表压） 国产摩擦材料，其最大气源压力为 0. MPa( 表 压 )，最大扭矩 Mmax=0 000 N·m。 进口资料给出为 0. MPa( 表压 ) ， 最大扭矩 Mmax=0 000 N·m。 （） 2.3.4 摩擦片组件与内齿环齿形参数的计算 国外厂商为了实行垄断， 在技术上采取了许多 手法，如将摩擦片的齿轮参数采用非标准参数设计， 并且各型号取用不同的变位系数，其目的一则使其各 型号间不能互换；二则使设计参数让用户难以掌握， 给备件的国产化增加难度而依赖进口。 PP 装置挤出机摩擦片的国产化， 在对摸清不同 型号的齿轮参数的基础上，经准确推算，得到了与进 口件完全一致齿轮参数，以确保国产化件与进口件的 互换性。 进口件齿形的测绘数据及国产摩擦片齿轮参数 的计算结果见表 。 国产化摩擦片替代进口件， 装入离合器中， 其 配合间隙完全与进口件一致，满足使用要求。 2.4 进口摩擦片与国产摩擦片参数对比 传递扭矩 M 与供气压力 P 关系对比曲线（详见 图 ） 。
挤出机是塑料生产和加工的重要设备。 聚丙烯 粉料与添加剂混合态进入挤压机筒体，在高温下挤压 熔融，挤出机的功能是将熔融的塑料混炼、升压，然 后进入挤出机模板切粒。切粒机采用水中切粒方式， 造粒模板将熔融的塑料通过模孔挤出，切粒机上旋转 的切粒刀贴合在模板表面，将其切成颗粒，并在水中 冷却，被循环水带至干燥器，经干燥，再送至包装。 聚丙烯装置挤出机是德国 WP 公司的同向双螺杆挤出 机，主要设备包括：挤出机主机、安全离合器、水下 切粒装置、模板等。 为防止挤出机机组过载时不受损坏， 通常要采 用安全设备。在挤出机装置中，使用了安全离合器。 聚丙烯装置挤出机 ZSK-80 型挤压机中， 就采用了 PPF- 型安全离合器。安全离合器安装在主电机和 主变速箱之间，它一方面起传递动力的作用；同时当 机组出现过载时，能在最短的时间内停止运转，起到 安全保护作用。见图 1。
图2 PPF-272型摩擦离合器结构示意
1. 内花键联轴器缸体 ； . 螺栓 ； . 活塞 ； . 压力盘 ； . 摩擦片组 件 ； . 摩擦盘 ； . 内齿环 ； 8. 外齿毂 ； . 弹簧 ； 10. 橡胶缓冲件 ； 11.柱销；1.毂体
图5 摩擦片组件
图3 摩擦离合器
图6 摩擦片 图4 摩擦片
图1 安全离合器安装方位示意
修理或更换，这样可省去组装时复杂的电机和设备轴
收稿日期：01-0-1 作者简介： 徐益军 （10 —） ，男，上海市人，工程师。主要从事设 备技术管理工作。
当前，在国内大型挤压设备中，日本的 JSW 公 司、 德国的 ＷＰ 公司所制造的挤出机都采用安全离 合器作为连接形式，这种安全离合器扭矩传递可靠，
安全离合器发生快速打滑时的扭矩值， 由压缩 空气的压力和弹簧力来决定的。然而弹簧力是预先设 定好的，因此只能通过调节压缩空气压力来控制该扭 矩值。当由于供给的压缩空气压力偏小，或者由于齿 轮箱侧的负荷超大时，安全离合器发生打滑，即摩擦 离合器的速差超过每两分钟四圈，此时则由电气控制 系统将压缩空气系统转向自动快速放空，摩擦离合器 立即脱开而中止扭矩传递。 在最短的时间内停止运 转，起到保护造粒机的作用。
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徐益军. 挤出机安全离合器摩擦片的国产化研制
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式中 D1——活塞外径，0.8 m； D——活塞内径，0. m。 2.2.4 推算进口摩擦材料的摩擦系数f 根据外方提供的资料，在气源压力 0. MPa（表 压）时，最大扭矩 Mmax=8 800 N·m。 参 数 选 取：i=，Dp=0. m，K=1.，F1=0. m，P=0. MPa( 绝对 )，Mmax=8 800 N·m。 S=P F1 计算结果：f =0.8 2.2.5 进口摩擦片性能参数计算结果 进口磨擦片的传递扭矩计算结果见表 。
PPF-型安全离合器结构及工作原理的基础上，就安全离合器摩擦片国产化研制中材料选择和参数计算 等进行了详细分析，并对国产摩擦片应用进行了分析介绍。国产摩擦片在实际生产使用中验证，达到了 理想的效果。国产摩擦片的研制成功，具有很好的技术推广应用价值。
关键词：挤出机；离合器；摩擦片；国产化 中图分类号：TQ 00.；TH 1. 文献标识码：A 文章编号：100-81(01)0-00-0
摩擦片在使用中通常要求材料摩擦系数大； 热 稳定性好 ( 即在不同温度下摩擦系数基本保持稳 定 )； 耐磨、 耐热、 导热性好； 具有较大的比热容 和密度，较低的热胀系数，不易燃烧，良好的耐油、 水和热腐蚀能力； 在较高负荷作用下， 不论冷态或 热态时均有良好的抗粘着性， 不会与配对件发生粘 结和涂抹现象；较高的工作温度，有足够的强度等； 并且要有良好的阻尼性， 保证在工作频率范围内不 出现共振。 目前， 国内外广泛应用的摩擦材料主要有两种 类型：石棉树脂和铜基粉末冶金型 ( 有片状式或浮动 嵌块式 )。下面对国产摩擦片材料 LZ0 合成板（橡 胶树脂铜基粉末冶金型）和 1 石棉橡胶板（石棉 树脂）的主要化学成分、性能（如表 1）作比较。 1 石棉橡胶板的主要化学成分： 丁苯橡胶、 酚醛树脂、 石棉、 炭黑、 长石粉、 铜丝、 适量的防老剂、 催化剂等 。 LZ0 合成板的主要化学成分： 酚醛树脂、 丁 腈橡胶、 合成（陶瓷）纤维、 灰硅石、 铜粉、 铬铁矿粉、 适量的防老剂、催化剂等。 1 石棉橡胶板和 LZ0 合成板的主要性能对 照见表 1 。
1 石棉橡胶板（ 石棉基摩擦材料 ） ， 一般采 用编织或模压法制成。 由于石棉在不添加其他材料 时所制成的摩擦材料不但强度低 , 而且与配对件工作 时 , 摩擦系数会发生变化 , 耐磨性也很低。另外 , 使 用过程中因磨损所产生的石棉尘灰 , 吸入人体后会严 重影响人体健康。 而我们选用的国产 LZ0 合成板 导热性好且强度高、 性能稳定又环保， 而且它与离 合器摩擦片的配对件材料 QT-00（ 球墨铸铁 ） 的磨 合性和抗粘着能力都非常高。 因为摩擦离合器的性 能，不仅取决于摩擦材料本身，还与配对件的材料有 关。在离合器转速很高时，摩擦盘将产生很大的离心 力。因此，高转速的离合器必须采用钢或合金铸铁制 造的配对件， 目前国内外离合器配对件一般都采用 QT-00（球墨铸铁） ，采用 QT-00 材料优点在于： （1） 与大多数摩擦材料配对时， 不易与摩擦材 料发生粘结；
表1 不同摩擦片材料的主要性能对照
项目 LZ0合成板 μ 0. HB 0 8 P/MPa 0.~1 1 Akv/(J·cm -) ρ/(g·cm-) 0. 0. 1. 1. 1石棉橡胶板 0.
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（） 与摩擦材料之间有着一个比较稳定的摩擦 系数，不受工作条件的影响； （）导热性好，容易加工； （）含碳量高，抗热损伤能力比较强； （）抗磨损能力强，强度受温度的影响较小。 早期按进口摩擦片材料研制的国产化摩擦片材 料为 1 石棉橡胶板。近几年来进口摩擦片材料做 了改进， 由于环保原因不允许使用含石棉的摩擦材 料。 为此按进口材料， 由国内研究所研制的 LZ0 合成板，其性能稳定，参数接近进口材料，可以作为 替代进口同类材料。 2.2 进口摩擦离合器主要技术参数及相关数据验算 2.2.1 进口摩擦离合器主要技术参数 最高转速 n=1 80 r/min 气源压力 P=0. MPa( 表压 ) 时： 额定扭矩 MS=1 000 N·m 最大扭矩 Mmax=8 800 N·m 气源压力 P=0. MPa( 表压 ) 时： 额定扭矩 Ms=0 000 N·m 最大扭矩 Mmax=0 000 N·m 2.2.2 传递扭矩计算公式 采用公式（1）进行扭矩的计算： 式中 M——传递扭矩，N·m； S——轴向力，N； i——摩擦面对数； f——摩擦系数； DP——摩擦片平均直径，m； K——工作情况系数。 轴向力 S 可由下式计算： S=P F1 式中 P——空气压力（绝对压力） ，MPa； F1——活塞作用面积，m。 DP=1/(D+D) 式中 D——摩擦片外径； D——摩擦片内径。 2.2.3 计算参数 计算参数：i（ 摩擦面对数 ） 为 ，Dp（ 摩擦片 平均直径）为 0. m，D（摩擦片外径）为 0. m， D（摩擦片内径）为 0.0 m； K （工作情况系数）取 1.。 S=P F1 （） （1）