CN107953474B - 一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机，主要由动力装置、传动装置、加料加压机构、密炼装置、智能控制装置组成；所述密炼机动力装置采用可实现低转速、大扭矩的永磁同步交流电动机，所述加料加压机构采用偏心上顶栓控制进料口以解决吃料困难，上顶栓升降、密炼室的开模合模都采用汽缸控制；所述密炼室采用前后组合拆板式结构，中间采用钻孔流动冷却的方式，所述的密炼装置由密炼室和同步同向啮合型转子组成，所述的智能控制装置采用PLC控制，可实现智能程序化自动混炼与手动操作混炼并行的操作。本发明可大幅度提高混炼的效率和质量，减少实验中的漏料和混炼不均匀的情况，提高胶料的拉伸流动。

Description

一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机
技术领域
本发明涉及密炼机领域，尤其涉及一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机。
背景技术
密炼机在橡塑机械设备技术领域是一种常用的高分子加工机械，特别是在复合材料及改良母料、橡胶制品的加工，它是现阶段效果最好且不可或缺的机械设备。但是现阶段密炼机存在一些缺点，密炼机是间歇式混炼，工作过程需要不间断地停车、卸料、冷却、装料等，所以生产效率低；由于密炼机做不到绝对密封，易造成炭黑等粉料飞扬，严重污染了工作环境和损害了密炼机的操作者的健康；且密炼机混料生热快，需要复杂的加热和冷却系统，对于能量消耗较大；同时密炼机上安装有上辅机、下辅机、自身的上顶栓、下顶栓等组合，占用较大的空间。为此啮合型转子密炼机由于具有较好的冷却能力，胶料的混炼质量等优于剪切型转子密炼机，为此受到人们的青睐；同速转子技术Synchronous RotorTechnology)最早是由美国法勒尔公司FarrelCo.的N.O.诺泰N.O.Nortey在1980年提出的。同速转子不仅是转子速比为1，而且转子的构型也与异步转子不同；201621474357.4公开了一种用于炼胶机的低速永磁直驱系统，具有底脚腿、输出传动机构、低速永磁直驱电动机、机座、冷却水输入输出接口和永磁同步电机专用变频器；所述低速永磁直驱电动机的定子采用有绕组定子齿结构，所述低速永磁直驱电动机的一端连接永磁同步电机专用变频器；所述输出传动机构是低速永磁直驱电动机的动力输出机构；所述低速永磁直驱电动机通过冷却水输入输出接口采用水冷却方式冷却；低速永磁直驱系统与开炼机主机或密炼机主机的动力输入接口直接连接。本实用新型具有效率高、体积小、结构简单、噪音低、维护成本低、节能减排等积极效果。201220712886.9公开了一种基于偏心螺旋的高分子材料连续密炼过程强化装置。该装置两螺旋转子的旋转轴线固定且相互平行，转子外表面为偏心啮合型凸棱结构，其中心轴线与转子旋转轴线存在一定的偏心量。两转子内啮合转动时，纳入物料随转子与定子内壁面的间隙、两转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙周期性变化被塑化挤压输送，从而达到强化密炼效果。本实用新型利用与各自旋转轴线偏心的两螺旋转子异向啮合旋转时，转子与定子内壁面的间隙、两转子的径向啮合间隙和轴向啮合间隙周期性由大变小再由小变大，使物料在两转子轴向循环连续密炼的过程被强化。本实用新型实现高分子材料连续密炼过程，具有提高生产效率，提升产品质量，同时降低能耗等的特点。同速同向转子密炼机的混炼机理及实验研究一文中，对同速同向转子的混炼机理进行了深入地研究,在此过程中,研制了试验用密炼机平台,并进行了相应的实验研究,提出了“剪切—挤压—拉伸三力学综合作用”的混炼机理，分析了胶料处于弹性、粘弹性的“类固态”时,剪切、挤压紧致化作用对胶料混炼的作用，同向双螺杆转子的啮合特性一文通过对同方向旋转的一对转子的运动分析，应用啮合原理，得出了转子廓线的啮合特性，并且讨论了螺杆的几何参数对其性能的影响；但以上文献都未公开转子在某一特定角度下其对白炭黑胶料的硅烷化反应的有利影响，进而能适应热敏性材料和高速混炼过程，提高密炼机的吃料能力和混炼效果的技术方案；并且并未解决一般剪切型的转子生热快，啮合转子剪切效率较低，大部分啮合型转子只能异向转动，否则会发生干涉的技术问题。
发明内容
为解决以上问题，本发明目的在于提供一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机，由动力装置、传动装置、加料加压机构、密炼装置、智能控制装置、机座组成；
所述密炼机动力装置采用能够实现低转速、大扭矩的永磁同步交流电动机；
所述传动装置中永磁同步交流电动机和齿轮箱由联轴器连接，通过三个齿轮啮合传动的齿轮箱的机械配合以保证转子转动的平稳性；
所述齿轮箱右侧机械连接同步同向啮合型转子；
所述加料加压机构采用偏心的上顶栓控制进料口；
所述上顶栓升降采用竖直汽缸控制、密炼室的开模合模采用水平汽缸控制；
所述的密炼装置由密炼室和同步同向啮合型转子组成；
所述密炼室采用前后组合拆板式结构，中间采用钻孔流动冷却的方式；
所述智能控制装置采用PLC控制，控制竖直汽缸、水平汽缸、同步同向啮合型转子的转速、通过温度传感器检测密炼室内的温度。
所述四个凸棱分别位于所述同步同向啮合型转子基圆外表面圆周上，四条棱在转子轴向对半布置，同一侧所述转子棱的相位差为180°，转子棱的螺旋角范围为15°至55°，两侧端所述转子棱相位差为90°至180°；
优选的，所述动力装置采用超大扭矩的永磁同步交流电动机置于整体密炼机左侧，取消减速器的安装，超大扭矩的永磁同步交流电动机右通过联轴器连接齿轮箱，齿轮箱右接两个同步同向啮合型转子，为使转动更加平稳，同步同向啮合型转子和齿轮箱采用花键连接，由智能控制装置控制永磁同步交流电动机实现同步同向啮合型转子的转速变化；
优选的，所述传动装置由联轴器左接永磁同步交流电动机，右接齿轮箱，齿轮箱内部有三齿轮，分别为主动齿轮、从动齿轮和从动齿轮,从动齿轮和从动齿轮连接的机械配合保证同步同向啮合型转子运转的可靠性，实现同速同向旋转；
优选的，所述密炼室为密炼室前板、密炼室中板、密炼室后板通过两个滑柱a和滑柱b连接而形成的内部空腔，滑柱a和滑柱b起到支撑作用，组合密炼室中板和密炼室后板通过钩子活动连接，便于同步密炼室中板和密炼室后板统一的开模合模；其表面光滑便于密炼室开模、关模；
优选的，所述加料加压机构包括由竖直汽缸控制的上顶栓，密炼室上开有小孔安装漏斗装置，便于加料；所述压坨传感器在汽缸支架水平位置的前后两侧，通过压电作用，当压坨传感器下端感应到上顶栓到达上距离2mm时接发信号，气缸停止，防止竖直汽缸损坏；
优选的，所述温控回路置于密炼室中板内，温控回路具有进出的循环管道，开模传感器，位于机座上，距离汽缸支撑板左侧30-50mm，开模传感器感应到密炼室后板右移到达右限位时接发信号，防止水平汽缸损坏；闭模传感器位于密炼室前板右侧面，当密炼室中板贴近密炼室前板时接发信号，温度传感器置于密炼室中板底侧与密炼室相连通，检测胶温；
优选的，所述密炼装置包括密炼室和同步同向啮合型转子；
所述密炼室中间钻孔流动冷却的方式为风冷或者水冷；密炼室前板、密炼室中板、密炼室后板的材料选用号钢，密炼室中板为同步同向啮合型转子主要工作的场所；同步同向啮合型转子采用号钢锻造，并采用表面渗氮处理，同步同向啮合型转子的转子凸棱采用宽大棱的结构方式，有利于转子的温控；
优选的，所述智能控制装置采用PLC控制，通过温度传感器与温控回路实现密炼室的温度的智能调控，温度传感器感应物料是否进入密炼室，通过编程控制来实现，PLC把密炼机的运行状态反映到工控机，从而实现智能控制；所述智能控制装置安装有触摸屏，在软件控制时，采用手动控制和自动控制结合的方式；
优选的，所述机座整体由普通白口铸铁构成；在密炼室前板前和气缸支撑板后各接两个肋板，起固定支撑作用；在密炼室下方有收集盒负责收集经密炼过后胶料,在竖直汽缸下方起支撑作用为汽缸支架。
本同速同向密炼机转子的设计原则为：本设计四棱同步同向转子凸棱的构型决定了胶料在密炼室内的流动以及各种填料在混炼胶内的分散分布性能，通过改善转子的构型、凸棱的布局以及转子与转子之间、转子与密炼室壁之间的间隙，可以使胶料获得更好的流动性，进而充分高效的混炼胶料。转子以四棱构型，在提高转子棱与密炼室壁剪切的同时增强转子间啮合挤压效果，根据密炼机的混炼工艺和新材料的要求，其转子构型优化设计的准则如下：1)具有较强的拉伸、挤压、剪切效果，充分的混炼胶料；2)胶料在转子表面的流动性好，混炼过程中避免了死角，流动过程中可以形成较好的拉伸折叠效果。3)具有较好的吃料、排料能力，生产效率较高；4)混炼充分，分散分布性能好，同一批次及各批次胶料之间的均一性较好，能满足不同的混炼工艺；5)具有较好的冷却加热系统，保证混炼过程的温控性能。
本同速同向密炼机混炼机理为：物料在混炼过程中受到剪切、拉伸、挤压等综合力学作用，从混炼的整个过程看，在混炼初期主要以剪切为主，主要是剪切撕裂对胶料的作用，此时有利于橡胶与各种填料的分散分布；当随着温度的升高，混炼作用又以拉伸流动、压缩流动为主要的表现形式，拉伸流动形成的拉伸折叠以及压缩形成的挤压紧致化作用有利于填料与橡胶分子链之间进行充分的混炼；此时强烈的挤压，有利于炭黑、白炭黑等填料与橡胶分子链之间的充分作用，挤压作用有利于填料在橡胶中的宏观分散，由于加入的炭黑吸附有大量的空气，其体积大、在密炼室中的总填充容积就很大，这时的混炼作用因为要破坏橡胶和炭黑颗粒的原有形状，使之混合在一起；剪切升温和门尼粘度的降低,胶料进入低于某个临界值的粘流态，此时剪切变成辅助作用，拉伸起主要作用，挤压紧致化作用则有利于橡胶分子链渗入到填料中，使分子链的活跃端完成热动态向热固态的转变，在剪切撕裂等综合作用下生成的橡胶颗粒，不断的渗入到炭黑分子链之间，完成橡胶颗粒与炭黑粒子的均匀分布及其结合，并将其中的空气排挤出来。
再次，拉伸流动更有利于产生新的表面，进而有利于胶料与小料、填料的充分结合、浸润；拉伸变形能保留长分子链完整性的同时，完成长分子链的排布，对于改善胶料的物理机械性能具有重要作用，剪切流场对于混炼同样很重要，但是过度的剪切会使得分子链过短，从而影响混炼胶的物理机械性能，因此，相对于剪切流场来说，拉伸流场更有利于炭黑等填料聚集体的混合和胶料物理机械性能的提升；另外，密炼机转子的混炼速度对于粘弹性流体来说是低速，此时更多的呈现拉伸折叠作用，而起辅助作用的剪切流场最终也是对分子链的拉断作用。
最后，由于转子的独特排布，转子在旋转的过程中胶料可以实现转子轴向方向的往复流动，同时棱的长度对称相同，保证均衡的推力，提高填料分散的均匀性；同时分散过程中当两转子棱处于啮合状态时，由于两转子凸棱处瞬时速度相反，块状混炼胶被拉伸延展，缠结的橡胶长链结构被拉直，增加了混炼胶的新鲜表面，令填料在其中充分分散；拉伸流有效避免了强剪切造成的链段断裂形成的物理机械性能降低，提高胶料塑性的同时保证尽可能少的链段断裂，以期硫化胶达到更好的性能。
本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
一、本发明主要解决现有技术中高损耗、能效低，啮合转子为异相，且同向拉伸性能欠佳，同向易发生干涉。并且剪切型转子产热多，同时同向啮合型转子上顶栓容易冒料的技术问题；并且胶料沿轴线运动，促进吃料。
二、动力装置仅需要一个超大扭矩永磁驱动电机就能完成，搭配齿轮箱来实现两个转子同速同向转动，永磁同步交流电动机具有占用空间小、同速运转、转子无电流、定子电流小、温升低等特点，以往密炼机需要两个电机同时驱动，故该密炼机动力装置采用超大扭矩永磁驱动电机可实现损耗降低、能效提高的节能效果。
三、传动装置为链式联轴器，链式联轴器由于具有传动平稳，磨损小，使用寿命长，传动效率高故采用。链式联轴器右接内部为三齿轮的齿轮箱，通过齿轮箱右接转子，可以实现转子同向同速啮合转动，转动平稳，无磨损。
四、加料加压机构为密炼室上方开有小孔，小孔安有漏斗装置，由于人工加料时，容易造成漏料，且小袋里残存的小料也会影响实验的准确性，所以漏斗装置下侧安有加料槽，便于加料；漏斗上方安有由汽缸控制的上顶栓，可以提供较为恒定的压力值，上顶栓底部与胶料接触部分镀铬防锈。由“剪切—挤压—拉伸三力学综合作用”混炼机理对上顶栓的位置进行合理优化，推动力较大且平稳，便于使胶料和小料完全进入密炼室混炼，提高永磁驱动同向啮合型转子密炼机的吃料能力。
五、密炼装置中的密炼室由三部分具体分为前板密炼室，中板密炼室，后板密炼室组成，密炼室采用前后组合拆板式结构，可以较为有效的防止漏料现象，中间可以采用钻孔流动冷却的方式，可采用风冷或者水冷，该密炼室由汽缸推动，可以平稳快速的开模，关模。
六、采用气缸作为动力源，进而实现密炼室的合模、开模过程自动化，通过PLC软件程序控制三板及胶料的温度、转速、密炼室的开合以及混炼时间等，减少人为变量干预，保证实验的准确性；密炼装置中的同向啮合型转子的转子凸棱采用宽大棱的结构方式，有利于转子的温控；在两转子之间，因为转子中心距的一半小于单个转子最大回转半径，所以转子采用啮合安装的方式，混炼的效率同样具有剪切型转子高效混炼的优势。
七、采用宽大棱的转子棱顶，有利于防止胶料混炼过程的回弹、翻滚，而传统剪切型转子的棱顶尖锐，混炼胶通过转子棱顶后，极其容易发生翻滚、包覆，宽大棱的转子，胶料在进入转子与密炼室壁之间后，在实现强烈的压缩紧致作用的同时，进一步持续了胶料与填料之间的物理化学作用，有利于胶料与填料之间的充分混合，且宽大棱的转子增加了转子的冷却面积，有利于胶料的挤压紧致化作用，有利于提升混炼效率。
八、智能控制装置采用PLC控制气缸的进气排气控制上顶栓的升降，汽缸控制密炼室前、中、后板的左右移动的开模合模，PLC控制超大扭矩永磁同步交流电动机，由联轴器连接齿轮箱进而控制同向啮合转子的转子；智能控制装置搭配有触摸屏，可以实现手动控制和自动控制的双重控制，进而实现密炼机工业的自动化。
九、由转子排布，转子在旋转的过程中胶料可以实现转子轴向方向的往复流动，同时棱的长度对称相同，保证均衡的推力，提高填料分散的均匀性，同时分散过程中当两转子棱处于啮合状态时，由于两转子凸棱处瞬时速度相反，块状混炼胶被拉伸延展，缠结的橡胶长链结构被拉直，增加了混炼胶的新鲜表面，令填料在其中充分分散，同时拉伸流有效避免强剪切造成的链段断裂形成的物理机械性能降低，提高胶料塑性的同时保证尽可能少的链段断裂，以期硫化胶达到更好的性能。
十、永磁驱动同向啮合型转子密炼机混炼胶料门尼粘度值较传统的同步四棱转子较低，炭黑及白炭黑的分散度、混炼胶的均匀性在永磁驱动同向啮合型转子密炼机中明显优于传统同步四棱转子。
十一、永磁驱动同向啮合型转子密炼机混炼时升温速率相对于传统同步四棱转子密炼机要慢，更有利于白炭黑胶料的硅烷化反应，更能适应热敏性材料和高速混炼过程。
十二、永磁驱动同向啮合型转子密炼机因为对填料的分散效果好、胶料的流动效果好，因此其混炼胶的物理性能、抗湿滑性能等整体上优于传统切线型转子，通过实验研究对比，永磁驱动同向啮合型转子密炼机的混炼对胶料性能的影响整体要优于传统切线型转子。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中需要使用的附图作简单介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，不应被看作是对本发明范围的限制。对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的情况下，能够根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明的总体构造示意图；
图2是本发明的一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机构造示意图；
图3是本发明传动装置涉及的齿轮箱构造图；
图4是本发明设计的同步啮合转子示意图；
图5是本发明涉及到的同步啮合转子配合示意图；
图6是本发明涉及到的密炼室前板构造图；
图7是本发明涉及到的密炼室中板构造图；
图8是本发明涉及到的密炼室后板构造图；
图9是本发明涉及到的上顶栓示意图；
图10是本发明涉及到的密炼室中板上方漏斗构造图；
图11是本发明涉及到的收集装置中的收集盒构造图；
图12是胶料均匀性测试实验结果；
图13是混炼过程的温度变化曲线；
图14是弹性剪切模量的变化曲线；
图15是Payne效应的实验结果。
图16是本发明设计的同步啮合转子棱展开示意图；
图中：100-动力装置；101-永磁同步交流电动机；200-传动装置；201-联轴器；202-齿轮箱；203-主动齿轮；204-滑柱a；205-滑柱b；206-从动齿轮；207-从动齿轮；300-加料加压机构；301-上顶栓；302-竖直汽缸；303-水平汽缸；304-漏斗装置；305-压坨传感器；400-密炼装置；401-密炼室；402-同步同向啮合型转子；403-密炼室前板；404-密炼室中板；405-密炼室后板；406-钩子；407-汽缸支撑板；408-温控回路；409-开模传感器；410-闭模传感器；411-温度传感器；500-智能控制系统；600-机座；601-肋板；602-收集盒；603-汽缸支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行说明。
为使本发明实施例的目的-技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系。这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例采用如下技术方案实现：
如图1-11，图16所示，第一方面，本发明实施例提供一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机，由动力装置100、传动装置200、加料加压机构300、密炼装置400、智能控制装置500、机座600组成；
所述密炼机动力装置100采用能够实现低转速、大扭矩的永磁同步交流电动机101；
所述传动装置200中永磁同步交流电动机101和齿轮箱202由联轴器201连接，通过三个齿轮啮合传动的齿轮箱202的机械配合以保证转子转动的平稳性；
所述齿轮箱右侧机械连接同步同向啮合型转子402；
所述加料加压机构300采用偏心的上顶栓301控制进料口；
所述上顶栓301升降采用竖直汽缸302控制、密炼室401的开模合模采用水平汽缸303控制；
所述的密炼装置400由密炼室401和同步同向啮合型转子402组成；
所述密炼室401采用前后组合拆板式结构，中间采用钻孔流动冷却的方式；
所述智能控制装置500采用PLC控制，控制竖直汽缸302、水平汽缸303、同步同向啮合型转子402的转速、通过温度传感器411检测密炼室401内的温度。
所述四个凸棱分别位于所述同步同向啮合型转子402基圆外表面圆周上，四条棱在转子轴向对半布置，同一侧所述转子棱的相位差为180°，转子棱的螺旋角范围为15°至55°，两侧端所述转子棱相位差为90°至180°；
优选的，所述动力装置100采用超大扭矩的永磁同步交流电动机101置于整体密炼机左侧，取消减速器的安装，超大扭矩的永磁同步交流电动机101右通过联轴器201连接齿轮箱202，齿轮箱202右接两个同步同向啮合型转子402，为使转动更加平稳，同步同向啮合型转子402和齿轮箱202采用花键连接，由智能控制装置500控制永磁同步交流电动机101实现同步同向啮合型转子402的转速变化。
优选的，所述传动装置200由联轴器201左接永磁同步交流电动机101，右接齿轮箱202，齿轮箱内部有三齿轮，分别为主动齿轮203、从动齿轮206和从动齿轮207,从动齿轮206和从动齿轮207连接的机械配合保证同步同向啮合型转子402运转的可靠性，实现同速同向旋转；
优选的，所述密炼室401为密炼室前板403、密炼室中板404、密炼室后板405通过两个滑柱a 204和滑柱b 205连接而形成的内部空腔，滑柱a 204和滑柱b 205起到支撑作用，组合密炼室中板404和密炼室后板405通过钩子406活动连接，便于同步密炼室中板404和密炼室后板405统一的开模合模；其表面光滑便于密炼室401开模、关模；
优选的，所述加料加压机构300包括由竖直汽缸302控制的上顶栓301，密炼室401上开有小孔安装漏斗装置304，便于加料；所述压坨传感器305在汽缸支架603水平位置的前后两侧，通过压电作用，当压坨传感器305下端感应到上顶栓301到达上距离2mm时接发信号，气缸停止，防止竖直汽缸302损坏；
优选的，所述温控回路408置于密炼室中板404内，温控回路408具有进出的循环管道，开模传感器409，位于机座600上，距离汽缸支撑板407左侧30-50mm，开模传感器409感应到密炼室后板405右移到达右限位时接发信号，防止水平汽缸303损坏；闭模传感器410位于密炼室前板403右侧面，当密炼室中板404贴近密炼室前板403时接发信号，温度传感器411置于密炼室中板404底侧与密炼室相连通，检测胶温；
优选的，所述密炼装置400包括密炼室401和同步同向啮合型转子402；
所述密炼室401中间钻孔流动冷却的方式为风冷或者水冷；密炼室前板403、密炼室中板404、密炼室后板405的材料选用45号钢，密炼室中板404为同步同向啮合型转子402主要工作的场所；同步同向啮合型转子402采用45号钢锻造，并采用表面渗氮处理，同步同向啮合型转子402的转子凸棱采用宽大棱的结构方式，有利于转子的温控；
优选的，所述智能控制装置500采用PLC控制，通过温度传感器411与温控回路408实现密炼室的温度的智能调控，温度传感器411感应物料是否进入密炼室，通过编程控制来实现，PLC把密炼机的运行状态反映到工控机，从而实现智能控制；所述智能控制装置500安装有触摸屏，在软件控制时，采用手动控制和自动控制结合的方式；
优选的，所述机座600整体由普通白口铸铁构成；在密炼室前板403前和气缸支撑板407后各接两个肋板601，起固定支撑作用；在密炼室下方有收集盒602负责收集经密炼过后胶料,在竖直汽缸302下方起支撑作用为汽缸支架603；
进一步的，如图1、2所示，本发明实施例提供一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机：永磁同步交流电动机101右接联轴器201，联轴器右接齿轮箱202，齿轮箱202和同步同向啮合型转子402通过花键连接，由气缸支架603支撑的竖直汽缸302控制上顶栓301的升降，上顶栓301下面与胶料相接触的表面镀铬防锈，通过滑柱204和滑柱205起支撑，同时密炼室中板404、密炼室后板405通过钩子406连接，可以同时由水平汽缸303控制开模合模，滑柱204和滑柱205同时连接密炼室前板403、密炼室中板404、密炼室后板405、气缸支撑板407；滑柱表面光滑，便于其上各部分板子的移动，密炼室前板403左接肋板601，气缸支撑板407右接肋板601，起固定支撑作用。
如图3所示，本发明的一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机的齿轮箱202。该齿轮箱202左接联轴器201，右由花键连接同步同向啮合型转子402，齿轮箱202内部由主动齿轮203，两个从动齿轮206和从动齿轮207组成，可以实现两转子同速运行无偏差，通过三齿轮连接的齿轮箱的机械配合保证同步同向啮合型转子402运转的可靠性。
如图4-5所示，本发明的一种永磁驱动同向啮合型转子中的同步同向啮合型转子402，为了增强胶料的流动特性，采用宽大棱曲面的转子造型，充分发挥挤压对胶料的作用，因为是0.3L密炼机的转子，转子体积小，实验用料少，啮合型转子内部不再进行冷却水道的设计。转子与传动系统的齿轮箱202采用花键连接，确保转子间的相位关系。两个转子之间的配合关系见图4，同步同向啮合型转子402做自身旋转运动时，相互之间无碰撞。
如图6-7所示，本发明的一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机的密炼室，密炼室采用钻孔流动的冷却方式，可通过风冷或者水冷两种方式进行冷却。密炼室前板403，密炼室中板404、密炼室后板405结构示意图，密炼室中板404上开有小孔，可以接漏斗装置304，同时密炼室中板404内开有圆柱形孔洞，可接温控回路408，温度传感器411。密炼室中板404和密炼室后板405由钩子406相连接，可同时由汽缸306控制开模合模。
如图8-10所示，本发明的一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机的上顶栓301，漏斗304。防止加料过程的卸料漏料，在密炼室中板404上方加一漏斗装置304；在本次设计中，上顶栓301通过气缸驱动，可以提供较为恒定的压力值，竖直气缸302与上顶栓301连接，紧固在汽缸支架603上，气缸支架603用螺母固定在密炼室的前板403上，上顶栓底部301与胶料接触部分镀铬防锈。通过PLC软件编程可以有效的控制上顶栓的升降精度，确保混炼过程中上顶栓的压料作用。可以在控制系统上预先设置炼胶过程中各步序需要的上顶栓位置，进而最大程度的优化炼胶工艺。
如图11所示，本发明的一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机的收集盒602，便于收集经密炼机密炼过后的胶料，收集盒602安装在机架600上，密炼室的下方，可以方便拆卸。
为检验其对小料的分散分布影响，采用本发明永磁驱动同向啮合型转子密炼机与相似尺寸传统的同步转子密炼机进行对比实验。
在实施例与对比实验中，采用的传统全钢子午胎胎面胶配方，配方如下表1所示。
表1胎面胶配方
采用胎面胶配方，分别在两种不同的转子构型密炼机上进行混炼，对所得实验数据进行分析对比。分别就升温速率、炭黑分散度、流动性、物理机械性能等进行对比研究，得到两种不同的转子构型对胶料性能的影响。
实施例与对比实验中，混炼工艺方法具体为：转速设定为80r/min，恒温炼胶模式。加料顺序：加原胶塑炼40s后，加炭黑总量的一半以及小料除了硫磺混炼40s后提上顶栓，加入剩余炭黑和白炭黑到哈克密炼机中混炼，然后120°提一次上顶栓，130°提一次上顶栓，140°提一次上顶栓。保持在140°--150°之间一分钟，到150°排胶。
利用传统胎面胶配方分别进行了永磁驱动同向啮合型转子密炼机与相似尺寸传统的同步转子密炼机的混炼实验。测得两种构型的转子混炼胶料的分散度、门尼黏度、拉伸强度、撕裂强度、低应变剪切模量等。并且将两种转子的实验数据相对比，得出两种不同构型的转子对于胶料性能的影响。
1、炭黑分散及胶料均匀性分析
用炭黑分散度仪测试胶料的分散度值，比较两种构型转子炭黑分散度情况，其结果如下表2所示：
表2炭黑分散度
由表2，图12可知永磁驱动同向啮合型转子密炼机的炭黑分散度优于传统四棱同步剪切型转子密炼机。这是因为胶料在被迫通过凸棱与密练室壁或两转子之间时，胶料不仅受到转子与密练室壁之间的强剪切、挤压作用，还在转子与转子啮合处有较强的拉伸作用，进而产生更多的新鲜表面，有利于各种填料、配合剂的分布与分散。
2、胶料均匀性测试
采用Alpha公司的RPA2000橡胶加工分析仪同样能对白炭黑的分散性和均匀性进行分析，在同一片胶料中，选取四个位置取样在RPA中进行形变扫描，若四处的白炭黑分散度较为集中，则胶料的均匀性越好。
在60°的条件下调节胶片5min，然后对于硫化式样进行两次形变扫描。如图7所示，其中第一次形变扫描中剪切模量为“填料-填料”和“填料与橡胶分子链”相互作用，并且在扫描中打破填料之间的相互作用，而第二次扫描的剪切模量主要表现为“填料与分子链”的相互作用，可由以下公式得出分散系数：
其中paynemax为不加硅烷偶联剂得到的配方的payne效应，即剪切模量曲线下降至接近平稳与形变横坐标所覆盖的面积。
payne1位实验方案第一次形变扫描时剪切模量曲线下降至接近平稳与形变横坐标所覆盖的面积。
payne2位实验方案第二次形变扫描时剪切模量曲线下降至接近平稳与形变横坐标所覆盖的面积。
由图12可以看出永磁驱动同向啮合型转子密炼机的白炭黑分散性好于传统四棱同步剪切型转子密炼机，且白炭黑在胶料混炼的均匀性要好于传统切线型转子，充分验证了永磁驱动同向啮合型转子密炼机有利于补强剂等填料混合的理论。白炭黑在混炼过程中极易聚集，一旦聚集后其分散将极为困难，需要多次剪切才能将其分散开。拉伸流造成的胶料长链拉长形式从而增强了白炭黑的分散效果以及同一批次胶料的均匀性。
3、升温速率的分析
图13为混炼过程的温度变化曲线。由图13可知，在混炼初期，永磁驱动同向啮合型转子密炼机的升温速率近乎持平于传统四棱同步剪切型转子密炼机，这是因为在混炼初期剪切作用占据主导，而随着剪切升温和门尼粘度的降低，粘弹性的胶料在转子啮合处之间时，剪切变稀的胶料更易从两个转子之间被拉伸，从而减轻了胶料强烈的剪切升温效果。且永磁驱动同向啮合型转子密炼机因为更宽大的棱峰，对密炼室壁之间的刮胶效果更明显，十分有利于胶温的传递、冷却。由此可见，永磁驱动同向啮合型转子密炼机的温控效果要明显好于传统剪切型四棱同步转子。
4、转子构型对物理性能的对比
永磁驱动同向啮合型转子密炼机与传统切线型转子密炼机混炼胶的性能对比如表3
表3物理性能对比
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由表3可知，永磁驱动同向啮合型转子密炼机制备的混炼胶的门尼粘度低于传统切线型转子，有利于胶料的后期的加工。实验表明：永磁驱动同向啮合型转子密炼机混炼胶的机械性能整体上要优于传统的同步四棱转子密炼机。
5、不同转子构型动态粘弹性的应变依赖性
RPA的Payne效应通常用来表征填料补强胶料的动态粘弹性的应变依赖性，Payne效应的大小可量化为低应变到高应变时的弹性剪切模量(G')的变化幅度，即ΔG'。ΔG'＝G'0－G'∞，G'0表示最小应变下的模量，G'∞表示在最大应变下的模量。ΔG'越大，Payne效应越高,填料的分散性越差，即填料聚集体间的相互作用越大，网络化程度越高，同时填料与橡胶的相互作用越小。永磁驱动同向啮合型转子密炼机对剪切模量和Payne效应的影响可以分别从图14、图15中表示出来。
从图14-15中可以看处，胶料在两种构型转子密炼机下，硫化胶的G’随剪切应变的增大逐渐下降，这是因为胶料中分子间的滑移、白炭黑网格结构被破坏以及白炭黑与胶料基体之间的滑移引起的。由于永磁驱动同向啮合型转子密炼机转子的剪切、拉伸作用强于传统切线型同步转子，白炭黑分散速度比团聚速度快，剪切效果明显，硅烷化反应效率变高，Payne效应变弱，因此低应变同向啮合型转子密炼机的G'值和ΔG'要小于传统切线型转子密炼机。
根据实验数据可得，永磁驱动同向啮合型转子密炼机相比于传统剪切型同步四棱转子转子密炼机整体提高了混合效果、温控效果好。
1、胶料门尼粘度值较传统的同步四棱转子较低，炭黑及白炭黑的分散度、混炼胶的均匀性在永磁驱动同向啮合型转子密炼机中明显优于传统同步四棱转子。
2、永磁驱动同向啮合型转子密炼机混炼时升温速率相对于传统同步四棱转子密炼机要慢，更有利于白炭黑胶料的硅烷化反应，更能适应热敏性材料和高速混炼过程。
3、永磁驱动同向啮合型转子密炼机因为对填料的分散效果好、胶料的流动效果好，因此其混炼胶的物理性能、抗湿滑性能等整体上优于传统切线型转子。整体来说，通过实验研究对比，永磁驱动同向啮合型转子密炼机的混炼对胶料性能的影响整体要优于传统切线型转子。
以上对本发明的实例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (1)

1.一种永磁驱动同向啮合型转子密炼机，由动力装置(100)、传动装置(200)、加料加压机构(300)、密炼装置(400)、智能控制装置(500)、机座(600)组成；其特征在于：所述密炼机动力装置(100)采用能够实现低转速、大扭矩的永磁同步交流电动机(101)；
所述传动装置(200)中齿轮箱(202)和永磁同步交流电动机(101)由联轴器(201)连接，齿轮箱(202)内的三个齿轮进行啮合传动的机械配合；
所述齿轮箱右侧机械连接有同步同向啮合型转子(402)；
所述加料加压机构(300)采用偏心的上顶栓(301)控制进料口；
所述上顶栓(301)升降采用竖直汽缸(302)控制、密炼室(401)的开模合模采用水平汽缸(303)控制；
所述的密炼装置(400)由密炼室(401)和同步同向啮合型转子(402)组成；
所述密炼室(401)采用前后组合拆板式结构，中间采用钻孔流动冷却的方式；
所述智能控制装置(500)采用PLC控制，控制竖直汽缸(302)、水平汽缸(303)、同步同向啮合型转子(402)的转速；四个 凸棱分别位于所述同步同向啮合型转子(402)基圆外表面圆周上，四条棱在转子轴向对半 布置，同一侧所述转子棱的相位差为180°，转子棱的螺旋角范围为15°至55°，两侧端所述转 子棱相位差为90°至180°；所述动力 装置(100)采用超大扭矩的永磁同步交流电动机(101)置于整体密炼机左侧，超大扭矩的永 磁同步交流电动机(101)右通过联轴器(201)连接齿轮箱(202)，齿轮箱(202)右接两个同步 同向啮合型转子(402)，同步同向啮合型转子(402)和齿轮箱(202)采用花键连接，由智能控 制装置(500)控制永磁同步交流电动机(101)实现同步同向啮合型转子(402)的转速变化；所述传动 装置(200)中由联轴器(201)左接永磁同步交流电动机(101)，右接齿轮箱(202)，齿轮箱内 部有三齿轮，分别为主动齿轮(203)、从动齿轮a(206)和从动齿轮b(207)；从动齿轮a(206)和从动齿轮b(207)进行连接的机械配合；所述密炼 室(401)为密炼室前板(403)、密炼室中板(404)、密炼室后板(405)通过两个滑柱a(204)和 滑柱b(205)支撑连接而形成的内部空腔，组合密炼室中板(404)和密炼室后板(405)通过钩 子(406)活动连接；所述加料 加压机构(300)包括上顶栓(301)，密炼室(401)上开有小孔安装漏斗装置(304)，压坨 传感器(305)在汽缸支架(603)水平位置的前后两侧，通过压电作用，当压坨传感器(305)下 端感应到上顶栓(301)到达上距离2mm时接发信号，气缸停止；
温控回路(408)置于密炼室中板(404)内，温控回路(408)具有进出的循环管道，开 模传感器(409)，位于机座(600)上，距离气缸支撑板(407)左侧30-50mm，开模传感器(409) 感应到密炼室后板(405)右移到达右限位时接发信号；闭模传感器(410)位于密炼室前板(403)右侧面，当密炼室中板(404)贴近密炼室前板(403)时接发信号，温度传感器(411)置于密炼室中板(404)底侧与密炼室相连通；所述密炼 装置(400)包括密炼室(401)和同步同向啮合型转子(402)；
所述密炼室(401)中间钻孔流动冷却的方式为风冷或者水冷；形成密炼室(401)的密炼室前板(403)、密炼室中板(404)、密炼室后板(405)材料选用45号钢，同步同向啮合型转子(402)采用45号钢锻造，并采用表面渗氮处理；同步同向啮合型转子(402)的转子凸棱为宽大棱；所述智能 控制装置(500)采用PLC控制，温度传感器(411)与温控回路（408）对密炼室的温度智能调控， 通过温度传感器(411)检测密炼室(401)内的温度，温度传感器(411)感应物料是否进入密 炼室，通过编程控制来实现，PLC把密炼机的运行状态反映到工控机，所述智能控制装置 (500)安装有触摸屏，在软件控制时，采用手动控制和自动控制结合的方式；所 述机座(600)整体由普通白口铸铁构成；密炼室前板(403)前和气缸支撑板(407)后各接两 个肋板(601)；在密炼室下方置有收集盒(602)，汽缸支架(603)支撑置于竖直汽缸(302)下方。
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