CN102514176A - 橡胶挤出性能测试实验机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种橡胶挤出性能测试实验机，包括机头、机身、传动机构、螺杆、温度控制装置及控制系统，所述控制系统中包括机身上设置的测温热电偶，其特点是：所述螺杆至少包括2种螺旋结构的螺杆，所述螺杆尾部与传动机构的传动主轴以可拆卸方式连接固定。控制系统中还包括机头出胶口处设置的红外温度速度检测装置及电动机输出轴上设置的扭矩传感装置。可以较全面地对各种配方的橡胶进行挤出性能的实验，为实际生产提供出合理、准确的工艺条件,以提高橡胶材料、制品的挤出质量，降低能耗；还可为各类橡胶挤出机的设计提供依据。温度控制装置的结构简单，控制方便，减少损耗，降低成本。

Description

橡胶挤出性能测试实验机

技术领域

本发明属于橡胶行业中的实验设备，主要针对橡胶胶料挤出成型过程的性能测试，具体说是一种橡胶挤出性能测试实验机。

背景技术

目前，橡胶制品的生产制作，均使用橡胶挤出机作为挤出成型设备。橡胶挤出机按照喂料形式分类有：热喂料和冷喂料两大类型；按照挤出胶料的螺杆结构形式分类，主要有：普通螺纹螺杆、收敛式螺纹螺杆、主副螺纹式螺杆、螺杆销钉式螺杆、机筒销钉式螺杆等系列规格。尽管橡胶挤出成型设备的类型、规格较多，但是，对橡胶挤出性能综合测试实验的设备，至今尚未见到有关此类设备的报道。

在实际应用中，无论哪种类型的挤出机，均以要求生产能力高、挤出制品质量好、能源消耗少为最终目的。而橡胶胶料的挤出成型过程，呈粘流体状态，运动机理比较复杂，在塑化、挤出阶段的环境要求和物性变化，单凭经验操作很难掌握和控制。

    例如；某一种配方的橡胶胶料，在挤出成型时，用哪种结构形式的螺杆挤出机、在多少度的温度控制下进行剪切塑化、选用螺杆转速是多少、电动机的驱动功率需多大、建立多大的挤出压力、制品成型出口温度是多少等，才能在相互配合至最适宜情况下，达到挤出成型制品的生产能力高、挤出制品质量好、能源消耗少这一目标。

迄今为止，还没有哪种类型的挤出机能用全面、准确的测试手段表征出来，尤其是橡胶制品的生产厂家，更是缺少橡胶制品挤出成型过程的工艺数据指导，全凭生产操作人员的长时间的反复操作。用积累的经验来进行调试生产，往往会造成材料、能源、时间、人力等方面的浪费。

究其原因是；还没有对橡胶挤出性能进行系统的测试实验设备，对橡胶胶料在挤出过程的性能变化、工艺参数、功率消耗、能量损失、物性需求等潜在因素进行全面的检测控制，进行定性分析、定量确认，提出准确地指导性技术要求。

反之，对于橡胶挤出设备的制造厂家来说，要想设计出一种性能好、能耗少的设备。就必须要对橡胶胶料的挤出性能进行充分的了解、熟悉，用先进、准确地挤出理论和技术要求进行指导，结合橡胶挤出机恒扭矩的特性，结合橡胶胶料在挤出过程的特性，能做到“有的放矢”，才能设计出节能减排的橡胶挤出机。

另外，现有橡胶挤出设备的设有多个储水箱做为各自独立的加热冷却通道（后面简称为；通道）。每个通道均有电加热器、温控元件、输水管道与阀门、泵与电动机、进水排水溢流管口等部件组成。温控工作时，各个储水箱内的水，加热到不同的设定温度，电动泵将这些水，输送到挤出机的机头、机身、螺杆等需要冷却的部位，进行循环。由于储水箱容积较小，箱内经过循环的水温常常会快速超过设定温度，这时进水口就会自动打开，送进常温的自来水，将箱内水温平衡至设定的温度再关闭。箱内多出来的水，从溢流口排泄掉。温控如此循环工作较为频繁。

基于上述现状，本技术领域亟待开发一种橡胶挤出性能测试实验机，以解决上述技术问题。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种橡胶挤出性能测试实验机，本发明主要目的是可以较全面地对各种配方的橡胶进行挤出性能的实验，为实际生产提供出合理、准确的工艺条件,以提高橡胶材料、制品的挤出质量，降低能耗；还可为各类橡胶挤出机的设计提供依据。本发明另一目的是改进配套的温度控制装置，使其结构简单，控制方便，降低成本。

本发明的目的是采用以下技术方案实现的：一种橡胶挤出性能测试实验机，包括机头、机身、电动机、减速箱、传动主轴、螺杆、温度控制装置及控制系统，所述控制系统中包括机身上设置的测温热电偶，其特征在于所述螺杆至少包括2种螺旋结构的螺杆，所述螺杆尾部与传动主轴以可拆卸方式连接固定，所述控制系统中还包括机头出胶口处设置的红外温度速度检测装置及电动机输出轴上设置的扭矩传感装置。

对上述技术方案的改进：所述螺杆与传动主轴连接部分包括尾部的莫氏锥度段和与莫氏锥度段最大直径端连接的圆柱段，圆柱段处安装平键。通过平键与传动主轴相连接传递扭矩。莫氏锥度段，与传动主轴连接时对中准确、同轴度高，安装拆卸方便。圆柱段与平键的结构，加工简单，安装拆卸方便，互换性好，强度高，负载大。这种结构组合，工作时既能保证螺杆的旋转精度，传递扭矩，又能满足经常拆卸、快速安装更换的需要。

对上述技术方案的进一步改进：所述机头与机身之间采用环状楔形锁紧卡箍装置连接，所述机身与减速箱箱体之间采用环状楔形锁紧卡箍装置连接，所述环状楔形锁紧卡箍装置包括两铰接的半圆形锁紧卡箍、锁紧螺母及螺杆组成。便于快速更换螺杆，也可快速更换安装机筒销钉式螺杆与机身组合。实验测试时，需要经常拆卸、快速更换螺杆、机头、机身等零部件。设计选用环状楔形锁紧卡箍装置的结构组合，就可以达到拆卸简单迅速、安装定位准确的目的，并节省更换时间。

对上述技术方案的进一步改进：所述螺杆包括直径及长径比相同而螺纹结构形不同的实验螺杆组内包括：普通螺纹螺杆、等距不等深式螺纹螺杆、收敛式螺纹螺杆、主副螺纹式螺杆、螺杆销钉式螺杆及机筒销钉式螺杆。把各个实验测试螺杆组，与相匹配的机身装置相结合，就可对各种配方的橡胶胶料挤出性能，做多样性、多元性参数测试。就可以准确地、综合地、定性定量的表征出来。

对上述技术方案的进一步改进：所述的螺杆至少包括直径为φ20、φ30、φ40、φ60、φ90、φ120、φ150的规格系列。

对上述技术方案的进一步改进：所述扭矩传感器装置包括连接钢套、扭矩传感和联轴器，电动机输出轴上设置矩形平键并与连接钢套一端连接，连接钢套另一端与扭矩传感器的一端连接，靠另一平键传递扭矩，扭矩传感器的另一端与减速箱的输入轴之间用联轴器连接。

对上述技术方案的进一步改进：所述的温度控制装置包括一个的储水箱，储水箱上设置进水、排水管口，储水箱内设置一套电加热器及温控元件、冷却装置、搅拌装置，储水箱引出的主输水管道分出支输水管道分别连接到机头、机身、螺杆需要冷却的部位，从机头、机身、螺杆需要冷却的部位引出回水管道出水口接到储水箱内靠近冷却装置的位置，所述主输水管道上设置水泵与阀门，所述支输水管道上设置电控节流调速阀，所述电控节流调速阀、冷却装置、搅拌装置的电机、电加热器及温控元件均由所述控制系统控制。

本发明具有如下优点和积极效果：

1、本发明仅用一台橡胶挤出性能测试实验机就可以较全面地对各种配方的橡胶进行挤出性能的实验，可提供出准确地挤出理论数据集合,为实际生产提供出合理、准确的工艺条件,以提高橡胶材料、制品的挤出质量和工艺技术，节约大量的水、电能源的损耗，减少生产成本，经济效益显著。

2、本发明改进了配套的温度控制装置，使其结构简单，控制方便，降低制造成本，节省能源（电能、水）的消耗。

3、在科学研究方面，可为专业技术人员、科研人员的研究成果，创造出新标准、新理念，针对实验测试提供的准确数据和结果，写出具有创新性价值的研究论文、专著。也会成为橡胶行业中应用广泛的实验检测设备。

4、对于橡胶挤出机的设计、制造厂家而言，可以做到"有的放矢"。根据几种不同构型的螺杆，对橡胶胶料进行挤出性能测试、比较，应用测试数据，准确的设计出与胶料种类挤出范围相适合的系列规格挤出机，以及与其相适用的配套驱动电机、温度控制装置。而不是凭着经验数据、过度的放大设备的设计安全系数，致使设计制造出的设备出现"大马拉小车"现象，造成设备使用厂家的能源浪费。

5、本发明设备的生产制造涉及到机械加工、电气仪表、电热元件、金属及非金属材料、标准件、管路管件等行业。可在一定的范围带动行业发展，社会效益显著。

附图说明

图1为本发明橡胶挤出性能测试实验机主视图；

图2为本发明橡胶挤出性能测试实验机的局部剖面视图；

图3为本发明橡胶挤出性能测试实验机中水温控制装置结构原理图；

图4为本发明中的螺杆尾部与传动主轴连接结构组合示意图；

图5为本发明中采用的环状楔形锁紧卡箍装置结构组合示意图；

图6为本发明配置的直径相同及长径比相同而螺纹结构形式不同的

实验螺杆组示意图；

图7为本发明中扭矩传感器与电动机的结构组合示意图。

图1～图7中：1－机头、2－环状楔形锁紧卡箍装置、3－机身、4－温控装置、5－减速箱、6－扭矩传感装置、7－电气控制柜、8－电动机、9－传动齿轮、10－传动主轴、11－测温热电偶、12－螺杆、13－红外温度速度检测装置、20－电控节流调速阀、21－储水箱、22－新型加热装置、23－冷却装置、24－搅拌装置、25－水源入口接管、26－平键、27－轴承、28－铰轴、29－锁紧螺母、30－锁紧螺杆、31－销钉式机身（示意简图）、32－销钉、33－连接钢套、34－扭矩传感器、35－矩形平键。

图6中：a－普通螺纹螺杆、b－收敛式螺纹螺杆、c－主副螺纹式螺杆、d－螺杆销钉式螺杆、e－机筒销钉式螺杆与机身组合。

具体实施方法

本发明橡胶挤出性能测试实验机的主要原理是；

①在某一特定实验检测条件不变的情况下，对其他的所需的数据参数进行测试比较，获得准确实用的数据结果。本发明就是用一套动力传动装置（电动机、减速箱），配用不同螺纹结构形式的螺杆，结合先进的检测控制技术，对各种配方的橡胶胶料，进行挤出性能测试实验。

②通过对各种配方橡胶胶料挤出性能的多元性、多样性对比测试实验，能定性定量的了解掌握胶料的挤出性能，做出准确地数据集合。利于快速简捷地应用到企业产业化生产，节省能源损耗，减少浪费。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1-图7，本发明一种橡胶挤出性能测试实验机的实施例，包括机头1、机身3、电动机8、减速箱5、传动齿轮9、传动主轴10、螺杆12、温度控制装置4及控制系统。所述螺杆12至少包括2种螺旋结构的螺杆，所述螺杆12的尾部与传动主轴以可拆卸方式插接固定，所述控制系统中包括机身3上设置的测温热电偶11、机头1出胶口处设置的红外温度速度检测装置13及电动机8输出轴上设置的扭矩传感装置6，控制系统的主要电气部件设置在电气控制柜7内。

实施例的具体结构为：图7所示，扭矩传感器装置6包括连接钢套33、扭矩传感器34和联轴器。电动机8输出轴上设置矩形平键35并与连接钢套33一端连接，连接钢套33另一端与扭矩传感器34的一端连接，靠另一平键传递扭矩，扭矩传感器34的另一端与减速箱5的输入轴之间用联轴器连接。采用扭矩传感装置6在电动机8与减速箱5之间相连接的方式，直接检测各种橡胶胶料挤出制品时，哪一种结构形式的螺杆12，在什么样的条件约束下，需用的最佳扭矩、功率消耗等参数。图4所示，螺杆12与传动主轴10连接部分包括尾部的莫氏锥度段和与莫氏锥度段最大直径端连接的圆柱段，圆柱段处安装平键26。通过平键26与传动主轴10相连接传递扭矩。莫氏锥度段与传动主轴10连接时对中准确、同轴度高，安装拆卸方便。圆柱段与平键26的结构，其加工简单，安装拆卸方便，互换性好，强度高，负载大。这种结构组合，工作时既能保证螺杆12的旋转精度，传递扭矩，又能满足经常拆卸、快速安装更换的需要。

所述机头1与机身3之间采用环状楔形锁紧卡箍装置2连接，便于快速更换螺杆。所述机身3与减速箱5的箱体之间采用环状楔形锁紧卡箍装置连接，便于快速更换安装机筒销钉式螺杆与机身组合，如图2、图4、图6(e)所示。上述环状楔形锁紧卡箍装置2包括通过销轴28铰接的两半圆形锁紧卡箍和锁紧螺母29及螺杆30组成，图5所示。

实验测试时，需要经常拆卸、快速更换螺杆12、机头1、机身3等零部件。选用环状楔形锁紧卡箍装置2的结构组合，就可以达到拆卸简单迅速、安装定位准确的目的，并节省更换时间。

如图6所示，本发明橡胶挤出性能测试实验机配置的螺杆12包括直径及长径比相同而螺纹结构形不同的实验螺杆组内包括：普通螺纹螺杆、等距不等深螺纹螺杆、收敛式螺纹螺杆、主副螺纹式螺杆、螺杆销钉式螺杆及机筒销钉式螺杆。所述螺杆12其尺寸规格相同系列的实验螺杆组，可以在与传动主轴10连接处互换安装。把各个实验测试螺杆组，与相匹配的机身装置相结合，就可对各种配方的橡胶胶料挤出性能，做多样性、多元性参数测试，就可以准确地、综合地、定性定量的表征出来。

上述的螺杆12至少包括直径为φ20、φ30、φ40、φ60、φ90、φ120、φ150的规格系列。当然，根据需要还可配置其他规格的螺杆12。 

本发明在机头1出胶口设置的红外温度速度检测装置13。对于刚刚挤出成型的制品，在不停机、不接触、不损伤制品外表形状的情况下，实行连续性的非接触式温度速度动态检测控制。用这种检测方式，可以随时反映出哪一种配方的胶料，在哪种方式的挤出状态下，控制在哪些挤出参数的组合时，才能达到最好的挤出效果，获得优质的橡胶制品。

这种连续性动态检测技术，是本发明准确确定胶料挤出成型过程的塑化温度、挤出温度、挤出速度、挤出压力、电动机工作转速、挤出功率等参数的一项重要方式。

对各种配方的橡胶胶料挤出参数，进行多样性、多元性对比测试，很复杂，也很麻烦。但是，本发明可以在同一台设备上，进行以下参数的实验测试：

例如：①挤出螺杆螺纹结构不相同、直径相同或者不同条件下，测试相同胶料或者不同胶料在挤出成型过程的塑化温度、挤出温度、挤出速度、挤出压力、电动机工作转速、输出功率、需用扭矩等参数变化情况。②挤出制品形状在相同或者不同条件下，测试相同胶料或者不同胶料的塑化温度、挤出温度、挤出速度、挤出压力、电动机工作转速、输出功率、需用扭矩等参数变化情况。

本发明橡胶挤出性能测试实验机配置的温度控制装置4包括一个储水箱21，储水箱21上设置水源入口接管25及排水管口，储水箱21内设置一套电加热器22及温控元件、冷却装置23、搅拌装置24，储水箱21引出的主输水管道分出支输水管道分别连接到机头1、机身3、螺杆12等需要冷却的部位，从机头1、机身3、螺杆12等需要冷却的部位引出回水管道出水口接到储水箱21内靠近冷却装置23的位置。所述主输水管道上设置水泵与阀门，所述支输水管道上设置电控节流调速阀20，所述电控节流调速阀29、冷却装置23、搅拌装置24的电机、电加热器22及温控元件均由所述控制系统控制。

温控工作时，将储水箱21内的水加热到设定温度即可。水泵将这些水，输送到挤出机的机头1、机身3、螺杆12等需要冷却的部位，进行循环带走热量。由于各冷却部位所需控制的温度不同（温度差最大不会超过40～50℃），对此，可用电控节流调速阀20调节该处水的流量或流速，控制温度在设定的上下限范围内。这些冷却水在储水箱21与冷却装置23之间，形成一闭合的循环回路，对需冷却部位实施循环降温工作。

当储水箱21内的水温，经过多次冷却循环后，升高超过设定上限值时，冷却装置23、搅拌装置23开始启动工作。使储水箱21内的水温下降，快速均匀的达到设定值。若低于设定下限值时，加热装置22、搅拌装置24开始启动工作，水温上升，快速均匀的达到设定值。

这种工作方式的优点是：①去掉现有储水箱21的溢流口，节省大量被溢流废弃的自来水；②无论选用几个通道的温控方式，均可减少水泵与电动机的数量，只用一套即可。由此可以节约大量的电能损耗；③结构简化紧凑，控制精确方便，免除了多个泵与电动工作时产生的噪音与共振现象。

本发明的工作方式如下：

先将温度控制装置4中的水升温到设定的加热温度，同时启动电机、温控装置、控制系统等进入工作状态，等到机头1、机身3等部位加热到设定温度后，再将胶料条填入机身内进行挤出操作。等到各监测点的温度达到某一预定值时，储水箱21内冷却装置23、搅拌装置24作，使储水箱21内的水温迅速下降至设定的冷却温度，对机头1、机身3等各处实行持续的冷却工作。

在胶料制品成型挤出时，温度控制装置4、扭矩传感器装置6、控制系统、测温热电偶12、红外温度速度检测装置13等，开始实行检测、控制、记录、信号反馈、数据曲线成图等等一系列的工作。

在胶料挤出性能测试实验过程，已知的参照参数下，需要检测实验许多不同的设定测试参数。如：同一种配方的胶料，在直径相同、长径比相同、螺纹结构形式不同的螺杆组情况下进行测试时，就需要用经常更换螺杆12的方式，来实验检测出该种胶料在哪一种构型的螺杆挤出时，在哪些条件下（温度、压力、速度、扭矩、时间等），需要在哪些数值范围，才能达到其挤出性能最好。

要更换螺杆12时，只需把连接机头1与机身3的环状楔形锁紧卡箍2上的锁紧螺母29松开，扳动锁紧螺杆30以及下部的六角螺母，迅速打开半圆形锁紧卡箍，挪移机头1，稍许用力即可把螺杆12抽出，快速更换不同构型的螺杆12。安装螺杆12时，只要把两个矩形平键26的位置找准对正，即可快速安装。

更换机筒销钉式螺杆与机身组合时，应先将销钉式机身31上的销钉32松开，向圆周外的方向旋转提升一段距离，确保销钉32的末端不会与螺杆的外圆接触磕碰。再把靠近减速箱5的环状楔形锁紧卡箍装置上的锁紧螺母29松开，扳动锁紧螺杆30以及下部的六角螺母，迅速打开半圆形锁紧卡箍，即可方便快捷地更换机身组合。

若要用某一种螺纹结构形式的螺杆，实验测试不同配方的各种橡胶胶料时，应用“橡胶挤出性能测试实验与控制”的测试软件，即可方便、准确、快捷地得到橡胶胶料挤出性能数据。

根据检测实验所得到的测试数据，再结合其它橡胶性能的测试仪器和方法，如挤出胶料的致密度、塑化度、粘度、弹性、硫化性能、拉伸强度、冲击韧性等等，就可以完整准确地将某种配方胶料的性能和生产工艺要求表征出来。对于实际生产应用、实验教学、科研研究具有非凡的指导意义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种橡胶挤出性能测试实验机，包括机头、机身、电动机、减速箱、传动主轴、螺杆、温度控制装置及控制系统，所述控制系统中包括机身上设置的测温热电偶，其特征在于所述螺杆至少包括2种螺旋结构的螺杆，所述螺杆尾部与传动主轴以可拆卸方式连接固定，所述控制系统中还包括机头出胶口处设置的红外温度速度检测装置及电动机输出轴上设置的扭矩传感装置。

2.按照权利要求1所述的橡胶挤出性能测试实验机，其特征在于所述螺杆与传动主轴连接部分包括尾部的莫氏锥度段和与莫氏锥度段最大直径端连接的圆柱段，圆柱段处安装平键。

3.按照权利要求1或2所述的橡胶挤出性能测试实验机，其特征在于所述机头与机身之间采用环状楔形锁紧卡箍装置连接，所述机身与减速箱箱体之间采用环状楔形锁紧卡箍装置连接，所述环状楔形锁紧卡箍装置包括两铰接的半圆形锁紧卡箍、锁紧螺母及螺杆组成。

4.按照权利要求1或2所述的橡胶挤出性能测试实验机，其特征在于所述螺杆包括直径及长径比相同而螺纹结构形不同的如下实验螺杆组：普通螺纹螺杆、等距不等深螺纹螺杆、收敛式螺纹螺杆、主副螺纹式螺杆、螺杆销钉式螺杆及机筒销钉式螺杆组。

5.按照权利要求3所述的橡胶挤出性能测试实验机，其特征在于所述螺杆包括直径及长径比相同而螺纹结构形不同的实验螺杆组内包括：普通螺纹螺杆、等距不等深式螺纹螺杆、收敛式螺纹螺杆、主副螺纹式螺杆、螺杆销钉式螺杆及机筒销钉式螺杆。

6.按照权利要求1或2所述的橡胶挤出性能测试实验机，其特征在于所述的螺杆至少包括直径为φ20、φ30、φ40、φ60、φ90、φ120、φ150的规格系列。

7.按照权利要求5所述的橡胶挤出性能测试实验机，其特征在于所述的螺杆至少包括直径为φ20、φ30、φ40、φ60、φ90、φ120、φ150的规格系列。

8.按照权利要求1或2所述的橡胶挤出性能测试实验机，其特征在于所述扭矩传感器装置包括连接钢套、扭矩传感和联轴器，电动机输出轴上设置矩形平键并与连接钢套一端连接，连接钢套另一端与扭矩传感器的一端连接，靠另一平键传递扭矩，扭矩传感器的另一端与减速箱的输入轴之间用联轴器连接。

9.按照权利要求1或2所述的橡胶挤出性能测试实验机，其特征在于所述的温度控制装置包括一个的储水箱，储水箱上设置进水、排水管口，储水箱内设置一套电加热器及温控元件、冷却装置、搅拌装置，储水箱引出的主输水管道分出支输水管道分别连接到机头、机身、螺杆需要冷却的部位，从机头、机身、螺杆需要冷却的部位引出回水管道出水口接到储水箱内靠近冷却装置的位置，所述主输水管道上设置水泵与阀门，所述支输水管道上设置电控节流调速阀，所述电控节流调速阀、冷却装置、搅拌装置的电机、电加热器及温控元件均由所述控制系统控制。

10.按照权利要求7所述的橡胶挤出性能测试实验机，其特征在于所述的温度控制装置包括一个的储水箱，储水箱上设置进水、排水管口，储水箱内设置一套电加热器及温控元件、冷却装置、搅拌装置，储水箱引出的主输水管道分出支输水管道分别连接到机头、机身、螺杆需要冷却的部位，从机头、机身、螺杆需要冷却的部位引出回水管道出水口接到储水箱内靠近冷却装置的位置，所述主输水管道上设置水泵与阀门，所述支输水管道上设置电控节流调速阀，所述电控节流调速阀、冷却装置、搅拌装置的电机、电加热器及温控元件均由所述控制系统控制。

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