一、概（gài）述

1、 課題提出的背景及依據（jù）必要性（xìng）

現代（dài）橡（xiàng）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（shì）常用的兩段或多段的煉膠方法。膠料的混（hún）煉和加硫終煉均在密煉（liàn）機中反複（fù）完成（chéng）。它的缺點是膠料需要（yào）多（duō）次搬運及中間存儲環節，膠料有反複升溫和降溫的過程，效率不高。

種（zhǒng）是在（zài）密煉機完成混煉，在開煉機中加硫磺等劑完成終煉。它的缺點是周圍（wéi）環境差，密（mì）煉機和開煉機的混煉周期（qī）有差異，產量不容易匹配。

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

隨著汽車工業和高速公（gōng）路的快速發展，對於輪胎性能的技術要求日益提高，輪胎正向著高技術含量和精細化方向發展（zhǎn），尤其是節能（néng）型和環保型汽車綠色輪胎（tāi）日益普及。“綠色輪胎（tāi）”憑借其優於普通輪胎的更高（gāo）的燃油效率，性能以及耐久性能，是輪胎行（háng）業中發展迅猛的細分（fèn）市場，有著（zhe）約10%的全球年增長率（lǜ）。到2020年，中國綠色輪（lún）胎的市場占有率將有（yǒu）可能提高50%。

根（gēn）據歐（ōu）盟近（jìn）日出台的輪（lún）胎標簽法規，自2012年11月1日起，在歐盟銷售的（de）轎車（chē）胎（tāi）、輕卡胎、卡車胎及公共汽車輪（lún）胎加（jiā）貼標簽，標示出輪胎的燃（rán）油效率、滾動噪（zào）聲合濕抓著（zhe）力的（de）等級。輪胎標簽法對輪胎的製造工藝（yì），尤（yóu）其是高性能橡膠生產提出了極高的要求，為了增加抗濕（shī）滑能力、降低輪胎的滾動阻力，降低噪音，白碳（tàn）黑將被越來越多地應用（yòng）於輪胎中，尤其是胎麵膠中。

而采用傳（chuán）統工藝進行大份量白碳黑混煉是很困難的，其他混（hún）煉膠如胎側膠等也需要多（duō）段混（hún）煉（liàn），而每段煉膠都需要高溫混煉（liàn）、冷卻、儲存、搬運等（děng）環節，能耗大、效率低。

根據國外對白碳黑、難分散的硬膠料的混煉技（jì）術研究認（rèn）為，采用串聯式密煉機煉（liàn）膠工藝（yì），可以滿足（zú）這種膠料的混煉（liàn），經過實驗研究，串聯密煉機及生產線（xiàn）煉膠工藝技術具有、節能（néng）、環保優點，可以實現大份額白碳（tàn）黑胎麵膠的一段混煉，並膠料混合質量均一性好，白碳黑分散（sàn）性好，同時實現節能降耗、節約原料（liào）等目的（de）。隨（suí）著橡膠輪胎製造技術的發展（zhǎn），子（zǐ）午化率不斷提高的情況下，對高質量輪胎的需求也隨之增加，引（yǐn）發了對白碳黑工藝的研究和推（tuī）廣，對串聯密煉機的需（xū）求也悄然興起。

2、科學意義和社會經濟（jì）意義

根（gēn）據國外對高質量、高科技（jì）含（hán）量的輪胎技術研究，節能、環保、是輪胎技術發展的主要趨勢，也是當今（jīn）輪胎技術發展和追求的（de）方向，要求具有、環（huán）保、節能特性，如輪胎的滾動（dòng）阻力小（xiǎo）、耐磨（mó）性、抓地性、防滑性、抗穿刺等性（xìng）能，而這些性能需要有較好的輪膠膠料。在膠料中加入白碳黑就（jiù）是一種（zhǒng）較好的選擇（zé），而白碳黑在膠煉（liàn）過程中被認為是一種（zhǒng）難分（fèn）散，難混煉的物料，它（tā）對普通混煉設備的損害較大，快速磨損，甚達不到質量要求，所以需要一種（zhǒng）新型的煉膠設（shè）備來適應加入白碳黑的煉膠工藝，國外（wài）技術（shù）研（yán）究認為，串聯密煉機可以混煉參（cān）有大量白碳黑的膠料，而煉膠質量均一性好、白碳黑的分散均勻性好，可提高煉膠質量，可以保證高質（zhì）量輪（lún）胎對生產對膠料的要求。因此，串聯密煉機的研發，對輪（lún）胎企業的技術創新，對輪胎技術水平和質（zhì）量的（de）提（tí）高，對輪胎工業（yè）的發展，具有重要意義，也對我國（guó）汽車的（de）行駛，節能環保等具有重要意義。也是對我國橡機行業的鞭策和要求，研製串聯密煉（liàn）機及生產線意義（yì）重大。

3、項目研究與開發概述

本公司是專門生產密（mì）煉機設備（bèi）的（de）公司，從上世紀80年代就開始生產密煉（liàn）機、擠出壓片、膠片冷卻和開煉機等，在橡膠機械的開發和應用有著深厚的（de）技術基礎和經驗，本公司的密煉機規格齊全，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)、液壓（yā）式頂栓（shuān）、硬齒麵傳動（dòng）箱、硬化堆焊技術等，技術，在（zài）享（xiǎng）有很高信譽。特別是公司經過多年的技術積累和實踐，已建（jiàn）立了完善的煉膠（jiāo）機械的研（yán）發平台，相關設計（jì）計算軟件、實驗機台。加（jiā）工工藝、檢測手段（duàn）等齊全，是（shì）實力強的煉膠機械生產和供（gòng）貨商。

根據國外煉膠機（jī）工藝的發展，串聯密煉機（jī）由於節能、環保、煉膠質量好、節（jiē）省操作場地（dì）、能夠煉白碳（tàn）黑硬膠等優（yōu）點，輪（lún）胎企業已經開始試驗這種煉膠工藝，已對串聯密煉機提出了要求，另外，在新掀起的低溫節能煉膠工藝中，串聯（lián）密煉機也有（yǒu）重要的作用，可以成為（wéi）白碳黑等難以混煉、難（nán）以分（fèn）散、硬度較高的煉膠工（gōng）藝中的一種上（shàng）佳設備，我公司與輪胎製造用戶進行了廣泛的交（jiāo）流與合作，進行了串聯密煉機煉膠工藝和（hé）技術的跟蹤研（yán）究，主要了解（jiě）了串聯密煉機（jī）的主（zhǔ）要（yào）生（shēng）產工藝和技術參數要求，各設備需要的功能和環境要求等。確定了串（chuàn）聯密煉機（jī）上位機和下位機、擠出壓片及膠片冷卻機的主（zhǔ）要技術參數和控製（zhì）要求，從滿足工藝要（yào）求出（chū）發，配置產品的水（shuǐ）平和檔次，並經過多次的工藝試驗等，基本掌握了串聯密煉（liàn）機煉膠的主要（yào）技術要求和裝備性能要求，完成了（le）串聯密煉（liàn）機及生產線的整體（tǐ）方案設計，目前正在進行工（gōng）程圖紙設計，可以滿足橡膠和輪（lún）胎加工企業用（yòng）戶的（de）新（xīn）的煉膠工藝需求。

二、外現狀（zhuàng）、市場調查和需求預測

隨（suí）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（tàn）黑和（hé）矽烷偶聯劑的膠料)。這些膠料主要有兩個新的特征，一是對溫度敏感（gǎn），二是煉膠過程中會產生大量水汽，對設備有一定（dìng）的腐蝕性。為了滿足（zú）大規模橡膠加工，適應特殊工藝要求，提高煉膠質量，解決低效和排汽問題。國外橡（xiàng）膠機械企（qǐ）業首先發（fā）明了雙工位串聯組合式密煉機，以複合方式取代（dài）以前（qián）單工位密煉機作用方式，將升溫混煉和恒（héng）溫反應兩個工藝階段安排在兩個容積（jī）不同的工位（wèi）上完（wán）成。雙工位串聯（lián）組合式密煉（liàn）機主要由三部分組（zǔ）成，部（bù）分是上工（gōng）位完（wán）整的傳統密煉（liàn）機，部分是下工（gōng）位去掉上頂栓的密煉機，第三部分是上、下工位密煉機連接起來的連接料筒。上工位采用容量小填充係數大的密煉機，下工位采用容量大填充係數小的密（mì）煉機，通（tōng）過提高（gāo）散熱性來減慢（màn）生熱速度，保證下（xià）工位的（de）恒溫反應，上工位采用普通低溫轉子，下工（gōng）位采用（yòng）快速吃料型（xíng）低溫轉子。主要還是應用在大產量的密煉機組上。

近年來，橡膠煉膠行業的發展新趨勢是努力使橡膠（jiāo）機械（xiè）產品向節能、降耗和環（huán）保（bǎo）的方向發（fā）展，特別是在研發代（dài）表當前煉膠設備發（fā）展主流方向的一步法煉膠設備上邁出了積極的步伐，串聯式密煉由於其比原（yuán）有的密煉機提高煉膠效率，節省能源等有點，已（yǐ）被企業認識到，開始尋找串（chuàn）聯（lián）式密煉機的生產廠家，已（yǐ）有生產企業開始研發串聯密煉機（jī），該串聯（lián）式密煉機主要用大生產量煉膠生產（chǎn）廠家或煉膠中心。據有關資料介紹，采用（yòng）串聯式密煉機生產效率可意提高50%以上，節（jiē）約電能60%以（yǐ）上，極大地提高了膠（jiāo）料（liào）的分散（sàn）性和均勻性，從而大大提高輪胎的使用壽命。相對於原有的煉膠（jiāo）生產線，采用串聯式密煉工藝可以較少密煉機的數量，提高（gāo）煉膠效率，減少（shǎo）廠房投資（zī）和設備投資約30%，這（zhè）樣的優勢，很快會在橡膠和輪（lún）胎行業推（tuī）廣（guǎng）和（hé）普及，市場需求很（hěn）快興起。

三、技術（shù）可行性分析

1、 課題研究與開（kāi）發論述

1.1、主要研究與開發內容（róng）

本課題主要研究內容是：開發一條、節能、環保串聯密（mì）煉機及生產線。該密煉機生產線是由一台帶有上頂栓密煉機(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（piàn）和膠片冷卻的聯合煉膠裝置組成。將升溫混煉和恒溫反應兩個工藝階段安排（pái）在兩個容積不同的工位上完成。

在上位機以相當高的轉速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，在下位機完成完成冷卻和終煉。因為下位機（jī）是無上（shàng）頂栓的密煉機，且填充係（xì）數（shù）很低，通常在0.4左右，因此要（yào）采用齧合型轉子密煉（liàn）機，才能實現無壓下的自喂料，達到良（liáng）好的煉（liàn）膠效（xiào）果。起到進一（yī）步冷卻和補充煉（liàn）膠作用。後（hòu）下位機排放的膠料在開煉機或擠出壓片出片（piàn）。

這次研究開發的方向是上位機采用（yòng）320L齧合（hé）型轉子（zǐ）密煉機，下位機采用無上頂栓的580L齧合型轉（zhuǎn）子密煉機。實現（xiàn）項目研發產品替（tì）代進（jìn）口，具有自主知識產權。該項目研製成功後將填補空（kōng）白（bái），主要技（jì）術指標達到世界前沿技術水平，實（shí）現可觀（guān）的經（jīng）濟效益（yì）和社會效益。

1.2、 主要技術參數

a)上位機：XMN-320×(5—50)Y 密煉機

密煉室總容積：332L

密煉室填充係數：0.65

轉子形（xíng）式：節能齧合型

轉子轉（zhuǎn）速：5—50r/min

轉子（zǐ）速比：1：1

上頂栓對膠料單位（wèi）麵積（jī）壓力：0—0.6mpa

主電機功率：AC1400kw

b)下位機：XMN-580×(5—50)Y 密煉機

密煉室總（zǒng）容積：590L

密煉室填充係數（shù）：0.37

轉子形式：節能（néng）齧合型

轉子轉（zhuǎn）速：5—50r/min

轉子速比：1：1

主電機功率：AC800kw

1.3、 主要技術關鍵

a)轉子與轉子間呈齧合狀態（tài），轉子外形采用CAD三維造型，CAM數控加工，保證了（le）轉子（zǐ）正確的齧合間隙，轉子間齧合作用增強。壓砣下表麵與卸料門表麵均為半徑與密煉室半（bàn）徑相同的（de）雙圓（yuán）弧麵，增大了（le）轉子棱與密（mì）煉室煉膠的包角。

b)國（guó）外公司密煉室的典型結構是上下剖開的八件所組成(前後混（hún）煉室兩件、左、右下邊支架（jià）兩件、上支架（jià）四件)，而本機台設計，考慮到我廠設計生產（chǎn）密（mì）煉機的傳統結構和工藝條件，大膽采用了四件式混煉室結構(前後（hòu）混煉室兩件，左、右邊支架（jià）兩件)，而整體落地式邊支（zhī）架具有更佳的強度、剛度和精度，且大大簡化了鑄造（zào），機械加工和裝配（pèi）的工作量（liàng）。

c)轉子（zǐ）由合金鑄鋼（gāng）的（de）轉子體與鍛鋼長軸熱裝而成的。轉子的強度和剛度大（dà）大提高。轉子體內孔（kǒng）為單向螺旋槽（cáo）強製循（xún）環冷卻，冷卻水直接通過各（gè）個（gè）棱的空腔內，冷卻效果好。

d)轉子由雙向推力調心軸承（chéng）承受軸向力並確定軸向位置，了雙列向心滾子軸承的（de）受力情況，提高了其使用壽命，軸承處及轉子端麵（miàn）密封處設有測溫（wēn）電阻（zǔ）以監測軸承和密封圈的溫度。

e)的（de）冷卻。密（mì）煉室內壁及卸料門均為鑽（zuàn）孔冷卻，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。

f)的抗（kàng）磨。轉子工作表麵、密煉室內壁，卸料門表（biǎo）麵均堆焊耐（nài）磨硬質（zhì）合金，壓砣及其它與膠（jiāo）料（liào）接觸麵采用硬化處理。

g)主驅動用高壓交流電機變頻（pín）技術實現（xiàn）轉子的無級調速。高壓變頻裝置針對電網特殊設計，能夠更大限度的提高網側的功率因數，使設備在不加任何功率補償設備（bèi）的（de）情況下，功率因數接近1。因此高壓變頻密煉機（jī）功率因數，諧波汙染（rǎn）少，相應設備（bèi）發熱較少，電機效率達到，節能（néng）效果。

h)上（shàng）頂栓采用液壓式(我公司專利技術)，上、下行平穩可靠，可根據煉膠工藝要求（qiú）無級調壓（yā）。轉子端（duān）麵密封裝置采用液壓式密封，且（qiě）密封比壓可調，密封可（kě）靠。液壓驅動下落式卸料（liào）門，采用雙齒條驅動，運行平穩（wěn）、可靠，開閉時間短。卸料門鎖（suǒ）緊（jǐn）采（cǎi）用曲拐式鎖緊，鎖緊力強，卸料（liào）快、密封好。

i)整個生產線實現膠料混煉生產工作的全自動化，從而提高（gāo）了生產效率，采用可編程控（kòng）製器和（hé）觸（chù）摸屏來控製整個操作自動化，提高煉膠合格率。現場可實現（xiàn）手動操作及自動控製的切換;同時具有完善的報（bào）警係統。

1.4、 主要創新點及效果

a)新型節能（néng）齧合型轉子的研發

上、下位機均采用結構的節（jiē）能齧合（hé）型轉子。依靠我公司（sī）生產設（shè）計密煉機50餘年的經驗完全獨立自主開發設計。轉子的研製是核心部分，由於兩轉子在（zài）設計的三維間隙下互相齧合旋轉，對轉子齧合棱工作（zuò）表麵的精度（dù）要（yào）求，遠高於傳統的（de）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（yòng）CAD三維立體造型（xíng）設計。在確保（bǎo）密煉（liàn）室有效總容積和轉子機械（xiè）強度前提下，由二維（wéi）平麵設定，初步計算到三維立體造型，創成轉子各部的輪廓曲麵，來（lái）驗證二維初步設定的正確性，再由三維轉化到二維，求得各部截麵的二維曲線，以驗證（zhèng）由CAM數控自動加工成形的終製品的正（zhèng）確性。相比傳統的齧（niè）合型轉子，增強了（le）兩個轉子間的齧合作（zuò）用，轉子的受力情（qíng）況更加合理（lǐ），由過去的單（dān）一向一側的推（tuī）力改（gǎi）為了兩側力的平衡，有（yǒu）助（zhù）於提高密封裝置的壽命。單（dān）向螺旋冷卻水麵（miàn）積更大，更接近轉子表麵，可有效帶走煉膠中產生的熱量，有（yǒu）效地控（kòng）製膠料溫升和排膠溫度，提高生產（chǎn）效率。

b)變頻技術的應（yīng）用

主（zhǔ）驅動電機采用我公司自主研發設計的高壓交流（liú）電機變頻技術，相比於直流電機驅動（dòng）係（xì）統，具有節能降耗，維護（hù）簡單等優勢。

2、課題技術基礎和產品可靠性論述

我公司具有30多年研製和生產密煉機的曆史，密煉機的（de）整體（tǐ）性能已達到水平，。炭黑分散（sàn）度、製（zhì）品品質及均一性（xìng）和產能等關鍵指標可與同期進口設備相媲美。各關鍵件的材質組分、加工及檢（jiǎn）查手段，與國外無（wú）明顯差異，如關鍵件的合金堆焊（hàn）工藝為（wéi），;核心技（jì）術液壓上（shàng）頂栓（shuān）、同步及六棱轉子和大型密煉機主（zhǔ）電機變頻控製為，與進口產品相當。產品均（jun1）按歐盟CE標準進行設計製作，外（wài）觀緊（jǐn）湊整潔，標識明顯，操作性能優異。擁有幾十項密煉機（jī）的專利技術。

2004年繼成功地研（yán）製（zhì）開發出台270L齧合型轉子密煉（liàn）機開始，之後又陸續開（kāi）發了90L、135L、160L、190L、430L、580L齧合型（xíng）轉子密煉機，目前售（shòu）出幾十台（tái），用（yòng）戶使用情（qíng）況良（liáng）好。

、節能、環保串聯密煉機生產（chǎn）線（xiàn）是（shì）以320L、580L齧合型轉子密煉機作為主機（jī），具有的節能型轉子技術，核心液壓（yā）上頂栓技術、變頻技術、合金硬化處理技術等技術於一身的高新技術產品。

四、實施課題所（suǒ）需條件及解（jiě）決措施

a)應（yīng）用計算機仿真技術對密煉機煉膠過程的（de）流程進行動態模擬，包括密煉過程溫度（dù）場的模擬、轉子外形輪廓的變化、煉膠壓力、轉子（zǐ）轉速等對煉膠的影響等方麵，為（wéi）、節能、環保密煉機生產線的設計與（yǔ）模擬放大提（tí）供自主（zhǔ）創新的平台。

b)建立煉膠實驗室，配備必要的實驗設備、檢測儀器和人員。對公司（sī）現有各類型轉子進行（háng）煉膠試驗，積累（lèi）包括密煉過程（chéng）溫度場的模擬、轉子外（wài）形輪（lún）廓的變化、煉膠壓力、轉子轉速等對（duì）煉膠質量的影響等（děng）方（fāng）麵數據，總結現有轉子對煉膠的影響，並根據試驗結果不斷修正計算機仿（fǎng）真模型。

c)根據前兩方麵的結果設計新（xīn）型節能齧合型（xíng）轉子，再經過試驗驗證。同時研究新的轉子鑄造技術、加工技（jì）術、合金堆焊（hàn）技術（shù）、檢測技術（shù）、機電、智能化（huà）和網絡化控製技術、聯鎖控製（zhì）和在線監測技（jì）術。對、節能、環保密煉機生產線的研發設（shè）計、加工工藝、生產製造、安裝調試等全過程進行質（zhì）量監控。

五 課題實施方案

1、研究與開發技術方案

、節能、環保串聯密煉（liàn）機（jī）生產線是由一台帶有（yǒu）上頂栓（shuān）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（tái）擠出（chū）壓片機和一台膠（jiāo）片冷卻機和（hé）輸送（sòng）裝置的聯合煉膠裝置（zhì）組成。將升（shēng）溫混（hún）煉和恒溫（wēn）反應（yīng）兩個工藝階段安排在兩個容積不同的工位上（shàng）完成。上位機可以是齧合型轉子密煉機，也可以是切線型轉（zhuǎn）子密煉機，通常在上位（wèi）機以相（xiàng）當高的轉速和上頂栓壓力進行混煉，然後膠料不（bú）經存放直接（jiē）放到下（xià）位（wèi）機，在下位機（jī）完成冷卻和終煉。因為下位機是無上頂栓的密（mì）煉（liàn）機，且填充洗漱很低，通常在0.4左右，因此（cǐ）要采用齧合型轉子密煉機，才能實現（xiàn）無壓下的自（zì）喂料，達到良好的（de）煉膠效果。做好下位機排放的膠料擠出壓（yā）片機上進行通常方法的（de）操作。

2、主要方案及工藝流程

整條生產線（xiàn）上位機（jī）是320L齧合型轉（zhuǎn）子密煉機、下（xià）位機為580L齧合型轉子密煉機、一台擠出壓片（piàn）機、一套膠片（piàn）冷卻裝置、輸送裝置和其他輔助設備組成。