橡胶冷喂料挤出机喂料装置的性能分析_林广义

Key words： C/F extruder； feeding device； property analysis
（XS-01）
热塑性弹性体／三元乙丙胶 机上有比例速度控制装置以确保注射不过量；挤出
并用注压机
机和柱塞上都设有独立的温控装置；注压过程为使 胶料溢流而无止逆阀，无附加的喷嘴，以确保在注
3 结论 通过以上分析可知：①对进料能力无特殊要求
的冷喂料挤出机可以选用结构简单、造价低的自由 喂料装置；②对要求塑化效率高、挤出能力大的挤 出机，应选用强制加料方式。螺旋啮合喂料装置在 生产能力、单耗挤出稳定性等方面都明显优于自由 喂料及旁压辊喂料，所以是一种较理想的加料装 置。
参考文献：
[1] 杨顺根，白仲元.《橡胶工业手册》(第九分册上册)[M].化学工业 出版社.1994,8
LIN Guang-yi， LU Bai-yuan
(Qingdao Science & Technology University Qingdao 266042， Shandong， China)
Abstract： Analyzed the property of feeding device for rubber C/F extruder， having Feeding freely, side pressing roll and screw meshing feeding analyzed， gained the necessary condition of feeding and the requirement of feeding strip.
第7期
林广义等﹒橡胶冷喂料挤出机喂料装置的性能分析
9
机械故障；③影响排气效果，挤出半成品常出现气 泡；④辊距不能自动调节，因而不能解决适应各种 软硬胶料及喂入胶料多少的问题。 2.3 螺旋啮合喂料
螺旋啮合喂料是在喂料口设置一与喂料段螺 杆螺槽相啮合的螺纹辊，类似于异向旋转部分啮合 双螺杆挤出机。螺旋啮合喂料方法是当胶料喂入 时，胶料在相互啮合的主螺杆螺槽与螺旋辊螺槽的 共同作用下实现喂料的方法，示意图如图 5 所示。
在使用旁压辊加料装置时，对喂料的速度，喂 进物料的形体尺寸、温度、硬度都有较严格的要求。 当各方面条件合适时，由于采用旁压辊加料属于强 制加料，可使供胶均匀，挤出半成品重量误差较小， 并可提高螺杆的填充系数，一般生产能力能提高约 10%，但由于喂料装置的结构原因，还存在许多问 题：①功率消耗增加，一般会增加 10%，横压力大， 常会造成螺杆变形，严重时会引起螺杆扫刮机筒甚 至损伤螺杆或机筒；②由于压延效应，胶料会向辊 子两侧移动，形成漏胶，并挤入两侧轴承内，造成
DOI:10.13520/ki.rpte.2002.07.003
第7期
林广义等﹒橡胶冷喂料挤出机喂料装置的性能分析
7
橡胶冷喂料挤出机喂料装置的性能分析
林广义，吕柏源
(青岛化工学院，山东 青岛 266042)
摘要：对橡胶冷喂料加料装置进行了性能分析，通过对自由喂料、旁压辊喂料和螺旋啮合喂料的分析，得出其进料的必要
示。旁压辊与螺杆的作用，有如小型开炼机，胶料
喂入时的受力情况如图 4 所示。Q1 是旁压辊对物 料产生的正压力，Q1x Q1y 分别是 Q1 的水平和垂 直分力，T1 是旁压辊表面与物料接触时，旁压辊对
物料产生的切向力(摩擦力)， T1 − Q1 ⋅ f v = Q1 ⋅ tgρ
( fv 为物料与旁压辊的摩擦系数, ρ 为摩擦角)，同
隙中去，物料与金属辊及螺杆的摩擦系数与物料的
组分、弹性(可塑度)、温度、旁压辊及螺杆的表面
形状有关[2]。
图 ３ 旁压辊喂料装置
图 ４ 旁压辊喂料装置的受力分析
另外，实验表明：在同样的螺杆转速下，胶条 稍厚(如 1.2t，t 为螺杆与旁压辊的径向间隙)比胶条 厚度小于或等于 t 时，喂入量大，并且在旁压辊喂 料装置中，如果旁压辊的压胶速度大于楔形间隙的 吃胶速度，则能保证经过旁压辊的胶料注满楔形间 隙，楔形间隙中的胶料会建立起一种背压，它将会 极大地促进胶料通过楔形间隙。这一背压的效果就 相当于增加了一个喂料推力，改善了胶料在楔形间 隙中运动的力学条件，使得胶料更容易通过楔形间 隙，加快运动速度，这种效果随着背压值的增加而 增大。因此，旁压辊喂料的效率比自由喂料高，这 也是旁压辊喂料生产能力比自由喂料高的原因。但 是，当背压值过大时，会使螺杆与旁压辊产生分离 力，使旁压辊变形。
图 ５ 螺旋啮合喂料装置两辊间隙示意图
在螺旋啮合喂料中，其喂料机理与自由喂料、 旁压辊喂料有着根本的差别。自由喂料与旁压辊喂 料属于摩擦拖曳机理，螺旋啮合喂料属于正位移运 动机理。喂料辊螺棱与螺杆螺棱部分啮合，将胶料 咬入螺槽中，螺杆旋转时，随啮合部分轴向移动， 啮合区的物料也沿轴向前移。由于啮合螺纹的推 力，使物料抱住螺杆的趋势受到阻碍，并被螺杆向
作者简介： 林广义(1975-)，男，硕士研究生，主要从事橡塑机 械研究与开发。
收稿日期：2001-06-14
图 ２ 线性楔形间隙中的胶料受力分析
∫ ϕ max 0
pR1( fs
−
fb
− tga)dϕ
>
0 (1)
则：
fs
>
fb
+ tga =
fb
+
R2 − R1 + e R1ϕ max
(2)
条件及加料胶条的型体要求。
关键词：冷喂料挤出机；加料装置；性能分析
中图分类号：TQ330.43
文献标识码：A
文章编号：1009–797X(2002)07–000中已被广泛应用，为
使挤出机达到稳定的产量和质量，要求喂料、输送、 塑化挤出的速率保持恒定，否则就会引起产量和质 量的波动。
须使Ty > Qy ，否则，物料只能在旁压辊及螺杆上 抖动，甚至被推出进料口。为使旁压辊正常喂料，
其必要条件应是：
T1y > Q1y
(3)
即 Q1tgρ cos α1 ≥ Q1 sin α1 tgρ ≥ tgα1
亦即 ρ > α1
因此，喂料过程中物料与旁压辊的接触角α 要
小于或等于摩擦角 ρ ，物料才能拉入辊与螺杆的间
口物料有堆积现象，而在饥饿喂料状态下，又容易 产生物料打滑现象，从而影响了挤出机的生产效率 及挤出稳定性。
图 １ 自由喂料结构示意图
在自由喂料中，将楔形间隙简化为如图 2 形式 后，求得胶料在楔形间隙中运动的力学条件为[3]：
2 性能分析 2.1 自由喂料
自由喂料装置如图 1 所示。自由喂料方式在喂 料口及喂料段中，不附加任何装置，只是在喂料机 筒的喂料入口处设置与螺杆外径形成的楔形间隙， 该间隙低过加料口底部中心，因此带状胶料能顺利 地被旋转的螺杆带入挤出机内。其喂料的动力是靠 物料的自重。螺纹的轴向和周围的推进力依赖于物 料与机筒和螺杆间的摩擦系数差值，胶料能快速喂 进并沿着螺纹沟从加料口端推向挤出端，这种装置 结构简单。但由于靠重力来自行进料，则料带的形 体尺寸及料位高度的变化都会造成加料的不均匀。 由于机头的反压作用，这种喂料方法经常导致进料
[2] 何月梅.冷喂料挤出机加料装置的理论分析[C].95 橡胶技术与装 备论文报告会论文集. 1995,9
[3] 刘彦昌.冷喂料挤出机喂料过程及喂料装置的实验研究[C].硕士 论文.1997
[4] 吕柏源等.橡胶冷喂料挤出机喂料方法影响挤出过程的研究[J].橡 胶技术与装备，1999，6
Property analysis on feed device of rubber cold feed extruder
前推移。啮合区对螺槽中胶料的旋转起阻止作用， 这样胶料的轴向输送趋势增大，随着螺杆和螺旋辊 旋转，啮合部分沿轴向前移，螺槽中的胶料由于受 啮合螺棱的推力作用而被强制推动前移。避免了胶 料往喂料装置的各个方向挤压，从而克服了旁压辊 的漏胶问题，能有效地解决胶料进入两端轴承的问 题〔4〕，避免机械故障的产生。
e — 楔形间隙弧面曲率半径圆心的偏
心距
ϕ max —楔形间隙弧面的最大距离 由式(2)可知：①自由喂料过程是摩擦喂料机
理，其喂料的效率受螺棱顶面摩擦系数 f s 和机筒 表面摩擦系数 fb 的严重影响。而这两种摩擦系数
又受到螺杆和机筒的表面状况、胶料性能、温度、
压力以及滑动速度的影响。②增大螺杆直径、减小
楔形间隙最大值、增大楔形间隙圆心角对胶料喂入
是有利的。在喂料过程中很难保证其获得极优值，
同时摩擦系数的极优值也受到限制，因此，从机理
上说明了生产能力低的原因。
2.2 旁压辊喂料
旁压辊喂料是在喂料口设置一与螺杆平行且
具有一定速比的辊筒，当胶料喂入时，胶料在螺杆
与旁压辊的共同作用下实现喂料。其结构如图 3 所
理，螺杆的表面(包括螺纹底径的表面)与物料之间
的相互作用亦产生Q2、T2 、T1x 及其各分力。水平
分力 Q1x、Q2x 及T2x 起到挤压物料的作用，垂直分 力 Q1y 、 Q2 y 是阻止物料进入旁压辊与螺杆之间的
力；摩擦力 T1 、 T2 的垂直分力 T1y 、 T2y ，则是将 物料拖入间隙的力。要保证物料能顺利地喂入，必
式中：
Fb − 机筒对胶料的作用力 Fs —螺杆对胶料的作用力 p —机筒对胶料的压力
fs —螺杆顶面与胶料的摩擦系数
fb — 机筒表面与胶料间的摩擦系数 a — 喂料口楔形间隙中机筒表面与螺
棱表面切线之间的夹角
8
橡 塑技术与装备
2002 年第 28 卷
R2— 楔形间隙弧面的曲率半径
R1— 螺棱的曲率半径(螺杆的半径)
为了将物料连续供给挤出机，挤出机上设有加 料装置，按加料方式分为自由喂料和强制喂料[1]。 强制喂料又分为：旁压辊喂料和螺旋啮合喂料。加 料装置的设计适当与否，对挤出机的产量、制品质 量、劳动条件及实现生产自动化等都有直接的关 系。这个问题已经引起了许多专家的重视，并进行 了长期的研究。以下主要对三种喂料装置的结构及 喂料机理进行探讨。