高分子材料成型设备第三章开炼机4

• 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 料比与前辊接触的胶料运动快，所以我们把两辊线速度之差 同辊距之比称为速度梯度，即
•
dV v v v V梯 = dX e e ( f 1)
1 2 2
v2
1

后
v前
• 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、开炼机的功率消耗，以及机台的结构，所以选择速 比时要合理。为了保证操作者的安全，一般将后辊筒的速 度选的快一些，前辊筒慢一些，这样，根据定义，f一般 是一个大于1的数。 • 根据炼胶机的用途不同，其速比也有变化，其值为： • 塑炼、混炼 f=1.2~1.3, • 压片 f=1.0~1.1。热炼f＝1.20~1.50。
• 3、优缺点
•
从实践中知道，增加速度梯度，胶料所受的剪切 作用加强，能够强化炼胶，提高炼胶效果，对提高质量 是有利的，但速度梯度增加过大，由于剪切作用强，摩
擦生热快，胶料温度T也随之上升，这样，胶料粘度下
降，对提高炼胶质量不利。所以速度梯度不能取很大， 也不能取的过小，据一般资料介绍，对于胶料的塑炼、 混炼一般不超过7500/min。
q——一次加胶量， D——辊筒直径，cm； L——辊筒工作部分长度，cm； 0.0065～0.0085——计算系数。
• 2）对连续作业的开炼机： • 理论生产能力按下式计算： • Q 60 Dnhb kg/h （2－22） • 式中 D——辊筒直径，cm； • n——辊筒转数，rad/min； • h——胶片厚度，cm； • b——胶片宽度，cm； • γ ——胶料重度，kg/cm2。 • 实际生产能力，要乘以设备时间利用系数a。
7.异步电动机通过圆 • 锥－圆柱减速器的双台传 • 动，图g • 其整体布置如下图所 • 示。它的特点是比较有效 • 地利用车间占地面积。传 • 动轴大大缩短，检修和操 • 作都很方便。 • 在装有驱动齿轮的开炼机 • 上，小驱动齿轮装在减速 • 器的轴上或主轴上，而大 • 驱动齿轮装在后辊筒的轴 • 颈上，驱动齿轮的模数为 • 18～22mm，小驱动齿轮 • 的齿数为18～20，大驱动 • 齿轮的齿数多达100，传动 • 比为4～6。
• § 3.7.6 传动功率 • 一 、功率消耗的特点
• 1、在炼胶过程中，传动电动机的功率消耗是不均 匀的。
•
在炼胶开始很短时间内达到最大值。其值常为工作 数分钟后电动机负荷的2～3倍。这是由于炼胶开始时胶料 为块状，弹性与硬度都较高，故必然消耗较大功率，随着 炼胶时间的加长、胶料升温变软，功率消耗下降。
• 3、影响生产能力的因素：
• 从以上的分析公式可以看出，开炼机的生产能 力与一次炼胶容量、辊筒规格D×L、辊距、炼 胶温度、炼胶时间、操作方法等有关， • 当q↑↓时，Q↑↓， • 当D×L↑↓时，Q↑↓， • 当辊距e（h）↑↓时，Q↑↓， • 当t↑↓时，Q↓↑ ， • 当v↑↓时，Q↑↓。 • 因此，在实际工作中，采用计算与分析对 比相结合的方法来确定生产能力。
• §3.7.4 接触角
•
接触角即是二辊筒断面中心的连线和胶料在 辊筒上接触点至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。
• • •
§3.7.5 横压力
• 横压力是机械设计进行强度计算的原始数据，也是分 析胶料所受压力作用和剪切作用的原始依据，通过分 析它，使我们可以合理的制定操作工艺，合理地利用 机台，提高经济效益。 影响横压力的因素:(前已述)
• 式中
dV dX
--速度梯度(l/min)，e--辊距(m)。
•
•
2、速度梯度影响因素
从上式我们看到:
①速比增加，速度梯度增加。 ②前辊筒速度越大，速度梯度越大。 ③辊距越小，速度梯度越大。 •
对于一台开炼机来讲，因速比、前辊筒速 度都是常数（或仅有几个变化），所以，这时速 度梯度仅是e的函数，要改变速度梯度通过改变e 是非常有效的。

（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。
该设备设计的重要工作，有必要对开
炼机的几个重要参数进行认真地讨论。
• §3.7.1 辊筒工作表面的直径与长度
• • • • • 辊筒是开炼机的主要工作零件。它的工作 表面直径和长度是表示设备规格和生产能力的 重要参数之一。 目前，开炼机的辊筒工作表面直径和长度已由 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 ，挠度 ，安全性 对开炼机来讲，主要用于胶料的粗加工，横压 力高，因此，在辊筒设计时，必须保证足够的 强度和刚度。

2、辊距对功率消耗的影响
• 辊距对功率消耗的影响是复杂的，一般情况下，辊距 增大功率下降，辊距减小功率增加。 • 因辊距增加胶料通过辊距时的变形减少，变形功小， 功率消耗下降。同时， • 由于辊距增大横压力下降 • 多，引起摩擦扭矩下降， • 功率消耗下降。 • 如右图所示。 • φ 160×320mm开炼机混炼时， • 辊距与功率的关系，
开炼机常见的传动型式主要有： 1.异步电动机通过圆柱减速 速比齿轮 器传动。图a所示 • 采用圆柱齿轮减速器， 制造简单，工作平稳 无噪声。 大小驱动齿轮 • 但占地面积大。
异步电机
减速箱
2.异步电动机通过圆 锥－圆柱齿轮减速器 的传动如右图b所示
• 采用圆锥－圆柱齿 轮减速器，结构紧凑 占地面积小。 • 但工作时易发生噪音 使用寿命较短。
4本节内容
§3-7主要技术参数
1. 辊筒工作表面的直径与长度 2. 辊筒的辊距 3. 辊筒回转速度、速比和速度梯度 4. 接触角 5. 横压力 6. 传动功率 7. 生产能力
§3.8. 传动系统
重点： 1。主要技术参数及影响因素
2。常用传动系统的组成
§3-7 主要技术参数
•
开炼机的主要技术参数确定是进行
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f
• 1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。一般用f表 示，即 v v
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。
•
• §3.8. 传动系统
• 一、传动型式 • 开炼机的传动系统主要包括电 动机、减速器、驱动齿轮和速比齿 轮。 • 传动系统恰当与否直接影响开炼机 的整体布置、结构型式、占地面积、 加工制造和使用维护。为此，设计 时要给予充分的重视。
•
开炼机的传动型式颇多，大体上按下 述方法分类： 1、按一台电动机驱动开炼机的台数可分为：
• • 单台传动——系一台电动机驱动一台开炼机， 成组传动——系一台电动机驱动2～4台开炼机。 近年来，成组已很少采用，国内外生产的开炼机 多为单台传动。
2、按电动机与开炼机的相对位置可分为：
• 左传动——电动机在操作人员左侧； • 右传动——电动机在操作人员的右侧。 • 左、右传动开炼机性能不变。
5.铰链联轴节的传动， • 图e 所示 • 其整体布置如下图所示。 • 它的特点是保证辊筒在 单一受力状态下工作，传 动主动轴轴线与辊筒轴线 交角可达8～100。
铰链联轴节
• • • • • • • •
6.双电动机通过圆弧 齿轮减速器的传动如图f 其整体布置如右图所示。 特点是取消了速比齿轮和 大驱动齿轮。采用双电动 机，通过减速器分别驱动 二个辊筒，减速器与辊筒 间用万向连轴节，结构紧 凑，占地面积小，操作方 便。
一次加胶量（容量）
• 是指开炼机一次炼胶的数量。一次加胶量是否合理不 仅影响生产能力，同时影响炼胶的质量。合理的加胶 量，可根据胶料全部包覆在前辊上并在两辊间存在有 一定数量的积胶来确定。下边的经验公式可作为确定 一次加胶量时的参考。 •
q (0.0065 ~ 0.0085) DL
• 式中 • • •
功率N就有增加的趋势。
• §3.7.3 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
辊速大小主要取决于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。
• 4、功率的确定 •
由于影响功率的因素很多。到目前为止，还没有一 个十分准确的计算方法来计算开炼机传动功率。各种计 算方法都具有一定的局限性。因此，在设计时往往采用 调查研究、分析对比的方法，综合各种条件最后确定电 机的额定功率。 若有相同规格与型号的开炼机最好进行实际测量，根 据测量结果，经过分析再选择电动机的功率。
•
• §3.7.7 生产能力
• 1、定义：单位时间内开炼机的产量称为开 炼机的生产能力。以公斤/小时表示。 • 2、开炼机生产能力计算： • 1）常用开炼机的生产能力可按下式计算： 60q kg/h • （2－20） Q
t
• 式中 Q——生产能力，kg/h； • q——一次加胶量，l； • γ ——胶料的重度，kg/l； • t——一次炼胶时间，min。 • 在进行机台选择计算时，还应乘以设备时间 利用系数a，一般a＝0.85～0.90。
圆锥－圆柱齿轮减速箱
3.异步电动机圆弧齿轮减速器传动 如右图c所示。 它的特点是采用整体机座， 取消地脚螺钉，便于迁装。减少了 占地面积，采用圆弧齿轮传动较少 了噪音，结构简单。
圆弧减速箱
4.异步电动机通过行星摆线减 速器的传动 • 如图d 所示 其整体布置如下图所示。
行星摆线减速箱
• 它的特点是取消了 大小驱动齿轮，采用 万向连轴节，减速比 较大，但摆线齿轮加 工困难，使用寿命低。
•
实际操作可根据工艺要求，在不致 产生焦烧的情况下，可短时间内减小 辊距。开炼机的速度梯度规定如下：
用途 计算速度梯度的辊距e 梯度值
塑炼、混炼、热炼、压片
3mm
实验用小规格开炼机用 生产用大规格开炼机用
1500~2200/min
1500/min 2200/min 7500/min
破碎、粉碎
1.5(破碎)、2（粉碎）
2、消耗的功率大。
炼胶车间是整个橡胶厂消耗电能最大的车间，占整个 厂的40％～60％。
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• 二、影响功率消耗的因素 • 影响功率消耗的因素是多方面的，也是比较复杂
• • • • • • • • • • 的。如辊筒直径、转速、速比、辊距、一次容量、胶料 性质、炼胶温度、加工方法等。 1、辊筒线速度增大，功率消耗增加 辊筒线速度大即增加 了单位时间内胶料的过辊 次数即增大了胶料变形次 数，这样变形功增大。但 在辊速增高时，胶温升高 胶料变软，使功率消耗有 所下降；然而，辊速增大 后，功率仍有所上升，如 右图所示。
§ 3.7.2 辊筒的辊距e
一、定义:两辊筒表面的最小距离称之为辊距。单位用mm
表示。
二、影响因素 辊距e大小对开炼机消耗功率N、炼胶量、和炼胶效果都有 影响。在一定范围内，辊距e越小，胶料通过辊的变形功越 大，消耗的功率N越大，横压力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，横压力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
• 3）对破胶机（或沟纹的洗胶机）其生产能力： • Q＝F· β · γ L· i· • 式中 F——辊筒沟纹间面积，m2； • L——沟纹长度，m； • β ——填充系数，（0.7～0.8）； • ⅰ——快速辊筒角分钟通过间隙的沟纹数； • γ ——胶料重度，kg/m3； • Q——角分钟的生产能力，kg/min。
本节作业
• 1．简述开炼机功率消耗的特点 • 2. 简述开炼机产量计算方法及其影响 因素 • 3. 常见开炼机的传动形式有哪几种？
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