CN112123617B

CN112123617B - 一种啮合剪切式变间隙六棱转子

Info

Publication number: CN112123617B
Application number: CN202010729407.3A
Authority: CN
Inventors: 宗殿瑞; 边慧光; 焦东梅
Original assignee: Qingdao University of Science and Technology
Current assignee: Qingdao University of Science and Technology
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: CN112123617A

Abstract

本发明属于密炼机转子技术领域，涉及一种啮合剪切式变间隙六棱转子，装设于密炼机上，用于橡胶的塑炼和混炼，由包括转子体、转子体上的六条棱和返胶螺纹组成的前后转子啮合连接构成，使用时，前后转子套设在螺杆上，螺杆吸收啮合式和剪切式混炼胶料的优点，克服了彼此的缺点，增强了胶料在密炼室内的轴向运动,提高和强化了棱峰与密炼室壁之间的剪切能力；具有足够的剪切力，实现了较高的剪切应变速率，充分的胶料运动，保证了胶料混入和分散的均匀性，同时，返胶螺纹的设置，能够防止密炼机内的胶料外溢，前转子与后转子较标准四棱转子在单边增加了一条短棱，有利于胶料的回流，使得密炼室内的胶料横向窜动更加明显，更有利于胶料的混合。

Description

一种啮合剪切式变间隙六棱转子

技术领域：

本发明属于密炼机转子技术领域，具体涉及一种啮合剪切式变间隙六棱转子，装设于密炼机上，用于橡胶的塑炼和混炼。

背景技术：

密闭式炼胶机简称密炼机，又称捏炼机，主要用于橡胶的塑炼和混炼。密炼机是一种设有一对特定形状并相对回转的转子、在可调温度和压力的密闭状态下间隙性地对聚合物材料进行塑炼和混炼的机械，主要由密炼室、转子、转子密封装置、加料压料装置、卸料装置、传动装置及机座等部分组成。1916年，诞生了第一台密炼机，其混炼室内设有一对相向转动、具有一定速比的椭圆形转子。三十年代，出现了圆筒形转子，其上有一个长条大突棱和两个小突棱。炼胶主要靠两个转子的突棱相互啮合来完成，具有温度低、混炼质量优良的优点，近年来得到了广泛重视。在此期间还出现了三角形转子和S形转子。六十年代开始，密炼机的转子突棱由二条螺旋突棱向四条螺旋突棱发展，相继出现了GK型四棱转子和本伯里四棱转子等。

目前，工业化生产中使用的密炼机转子分为两大类：一类是以本伯里二棱和四棱转子、GK型四棱转子为代表的剪切型转子，主要用在橡胶工业、特别是轮胎工业的大批量生产；另一类是以圆筒形转子为代表的啮合型转子，主要用于要求低温高质量的胶料混炼。如图1所示，GK型四棱转子的剖面基本上类似于椭圆形转子。混炼机理和本伯里的混炼基本上一致。在转子的工作部分，有主、副棱各一对。主棱由一长棱、一短棱组成。长棱为左旋30°，短棱为右旋48°，长短棱的长度比约为6:4.在长、短棱之间分别配备一个低平的小棱。两个小棱旋向相反，旋转角度为30°，构成转子的副棱。主、副棱的直径比一般为10:9，由于副棱直径小于主棱直径，从而在副棱上基本上没有胶料的环向剪切作用。主、副棱与室壁的不同径向间隙使胶料形成两个流动层次，两个流动层次不断地积聚、分开、补充，大大强化了混炼作用。另外，两个副棱加强了对胶料的分流作用和轴向搅流作用。啮合圆筒形转子密炼机的混炼作用完全不同于剪切型转子密炼机。其炼胶作用主要靠两个啮合的圆筒形转子来完成，如图2所示，啮合型转子呈圆筒状，圆筒形转子上各有一个大的长条状螺旋突棱和两个小突棱，两个小突棱形状并不一致。两个转子相向转动、转速相同，一个转子的凸面啮入另一个转子的凹面中，由于转子突棱根部和顶部直径相差大，会形成不同的圆周速度，产生较大的速度梯度，对通过转子间的胶料产生强烈的摩擦剪切作用。长条状螺旋突棱产生的推动作用把胶料从密炼室的一端推向另一端；随着转子的旋转，胶料又被另一个转子的螺旋突棱反向推回。如此循环往复使胶料围绕密炼室运动不止，胶料层次不断更新，同时由于两个转子间隙小，转子转动时两个转子间区域形变剧烈，对胶料进行着强烈的辗炼。圆筒形转子工作部分的表面积比相应加料量其他类型转子工作部分的表面积大50％，能够实现很好的热交换，以低的混炼温度进行长期混炼。但是，啮合型密炼机的卸料为薄片状，并伴有小的碎屑，排料时间长；圆筒形转子的加料特性较差，上顶拴的作用主要是提高转子的吃料能力。

剪切型转子和啮合形转子不能满足生产的实际需求，新型转子成为研究的重要课题。中国专利201510389968.2公开的六棱变间隙同步转子，包括转子体、内腔和三组棱，所述内腔为贯通式内腔，所述内腔的中心设有基轴，所述每组棱由一条长棱和一条短棱组成，所述三组棱均布于转子体的基圆上，并沿转子体的一端螺旋延伸，所述转子体和三组棱组成的转子截面的轮廓为九条型线首尾依次连接而成，所述九条型线分别为三条第一型线、三条第二型线和三条第三型线，所述每组棱包括一条第一型线、一条第二型线和一条第三型线，所述每组棱的第三型线与下一组棱的第一型线相交；所述第一型线为基圆与棱的一侧的过渡圆形成的凸形型线，所述第一型线的半径为R1的圆弧，并与基圆相内切；所述第三型线为基圆与棱的另一侧的过渡圆形成的凹形型线，所述第二型线的半径为R2的圆弧；所述第二型线的两端分别与第一型线和第三型线相交，所述第二型线与第一型线、第三型线相交形成棱顶间隙；中国专利201610737294.5公开的一种同步六棱锯齿型动态变间隙密炼机转子，包括转子体，所述转子体上设置有六条突棱，包括三条长棱和三条短棱，所述突棱从所述转子体的两端向中间螺旋延伸，包括始端和终端；所述突棱的棱顶上分别设置有若干齿槽，沿所述始端到所述终端方向上，每条突棱上的所述齿槽的宽度差不变，且所述齿槽与齿槽之间的距离逐渐变小；所述齿槽的开口方向平行于所述转子体的端面，所述齿槽与相邻齿槽之间设置有逐渐变化的齿槽间距；相邻两所述齿槽的宽度差是定值，相邻两所述齿槽间距的宽度差也是定值，所述齿槽及齿槽间距的尺寸由突棱的长度决定；所述长棱上齿槽位置最靠近始端位置的这一条长棱作为第一长棱，沿所述第一长棱螺旋方向的相邻长棱为第二长棱，沿所述第一长棱螺旋方向的反方向的相邻长棱为第三长棱，所述齿槽在所述转子体轴线上的投影位置关系为：在沿所述始端到终端的方向上，所述第一长棱上的第一个齿槽的投影线、所述第三长棱上的第一个齿槽的投影线和所述第二长棱上的第一个齿槽的投影线，依次类推，三者无间隔地依次排列。其存在生产效率低，胶料的成团性能差，炭黑分散度、硫化胶的拉伸强度和撕裂强度低，压缩生热高。因此，研发设计一种啮合剪切式变间隙六棱转子，提高剪切应变速率，保证胶料均匀混入和分散，具有实际意义。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种啮合剪切式变间隙六棱转子，提高和强化转子棱峰和密炼室壁间的剪切能力。

为了实现上述目的，本发明涉及的啮合剪切式变间隙六棱转子由前转子与后转子组成，前转子与后转子使用时，分别套设在螺杆上，前转子与后转子啮合。

本发明涉及的前转子的主体结构与后转子的主体结构相同，均包括转子体、第一短棱、第二短棱、第三短棱、第四短棱、第一长棱、第二长棱和返胶螺纹；转子体的两端等间距式设置有第一短棱与第二短棱和第三短棱与第四短棱，第一短棱和第二短棱与第三短棱和第四短棱错位式设置，转子体上等间距式设置有旋向结构的第一长棱和第二长棱，转子体的两个端部分别设置有返胶螺纹。

本发明涉及的前转子与后转子啮合，将胶料分割在若干空间中，前转子与后转子在不同相位时，分割的不同空间的容积不一样，使得胶料在密炼室内时而被压缩，时而被拉伸，起到更好的混合作用。

本发明涉及的前转子与后转子的相位由30°运转到60°时，面积为287mm²和138mm²的区域融合的同时，胶料分别被前转子和后转子的第一长棱和第二长棱剪切，并被分割成面积分别为165mm²和260mm²的区域，达到了将胶料剪切撕裂的目的，增大了胶料与填充物的接触面积。

本发明涉及的前转子与后转子较标准四棱转子在单边增加了一条短棱，有利于胶料的回流，使得密炼室内的胶料横向窜动更加明显，更有利于胶料的混合。

本发明与现有技术相比，由包括转子体、转子体上的六条棱和返胶螺纹组成的前后转子啮合连接构成，使用时，前后转子套设在螺杆上，螺杆吸收啮合式和剪切式混炼胶料的优点，克服了彼此的缺点，增强了胶料在密炼室内的轴向运动,提高和强化了棱峰与密炼室壁之间的剪切能力；其主体结构简单，变间隙的六棱结构，具有足够的剪切力，实现了较高的剪切应变速率，充分的胶料运动，保证了胶料混入和分散的均匀性，同时，返胶螺纹的设置，能够防止密炼机内的胶料外溢。

附图说明：

图1为本发明涉及的GK型四棱转子的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的啮合型转子的主体结构原理示意图。

图3为本发明的主体结构原理示意图。

图4为本发明的主体结构***原理示意图。

图5为本发明涉及的转子体的展开图。

图6为本发明涉及的前转子与后转子啮合状态展开图。

图7为本发明的工作状态示意图。

图8为本发明涉及的前转子与后转子的相位变化示意图。

图9为本发明所炼胶料的分散度试验结果示意图。

图10为本发明涉及的标准四棱转子所炼胶料的分散度试验结果示意图。

具体实施方式：

下面通过实施实例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

本实施例涉及的啮合剪切式变间隙六棱转子由前转子1与后转子2组成，前转子1与后转子2分别套设在螺杆100上后啮合；前转子1的主体结构与后转子2的主体结构相同，均包括转子体10、第一短棱11、第二短棱12、第三短棱13、第四短棱14、第一长棱15、第二长棱16和返胶螺纹17；转子体10的一端设置有圆弧渐变结构的第一短棱11和第二短棱12，转子体10的另一端设置有圆弧渐变结构的第三短棱13和第四短棱14，第一短棱11与第二短棱12之间的夹角和第三短棱13与第四短棱14之间的夹角均为180°，第一短棱11和第二短棱12与第三短棱13和第四短棱14错位式设置，圆弧渐变结构的第一长棱15和第二长棱16分别从第一短棱11与第二短棱12之间的空隙伸出到达第三短棱13与第四短棱14之间的空隙，转子体10的两个端部，第一短棱11、第二短棱12、第三短棱13和第四短棱14的外侧分别设置有返胶螺纹17。

本实施例涉及的前转子1与后转子2啮合，混炼胶料时，啮合空间的容积无规律变化，由于啮合空间的容积变化，对胶料有无规律的冲击压缩和拉伸作用，使胶料与填充物料充分糅合在一起，同时，由于棱峰与棱底的直径差，导致线速度不同，使得胶料在线速度差的作用下发生剪切撕裂作用，胶料撕裂后与填充物料的接触面更大，更加有利于胶料与填充物料的混合；第一短棱11和第二短棱12与第三短棱13和第四短棱14分布于转子体1的两端，第一长棱15和第二长棱16分布于转子体10的同侧，能够改变胶料的轴向和周向流动方向，使胶料的流动更加混乱，更加有利于提高炼胶质量和炼胶效率；返胶螺纹17的作用是密封密炼室内的胶料，前转子1与后转子2转动时，返胶螺纹17对胶料施加轴向密炼室方向的推力，防止密炼室内的胶料外溢。

实施例2：

本实施例涉及的啮合剪切式变间隙六棱转子与标准四棱转子进行对比，根据所炼胶料的分散度表明：标准四棱转子的棱为矩形结构，在炼胶时对胶料的冲击力过大，对主驱动电机的功率要求很大，能耗浪费严重，只利用前后转子的速度差将胶料撕裂，对胶料的混合仅起到“搅拌”的功能，对胶料没有压缩和拉伸的作用；啮合剪切式变间隙六棱转子的棱为圆弧渐变结构，对胶料的冲击捶打作用小，对胶料具有压揉作用，有利于胶料的混合，降低了对主驱动电机的功率要求，能够有效降低能耗，同时，保留了剪切型转子对胶料的拉伸撕裂作用，增加了对胶料的压缩和拉伸作用，更有利于胶料的混炼，并且，前后转子啮合后，相当于单侧有6条棱，更有利于胶料向内流动，解决了密炼机转子不利于橡胶横向窜动的问题。

Claims

1.一种啮合剪切式变间隙六棱转子，其特征在于由前转子与后转子组成，前转子与后转子使用时，分别套设在螺杆上，前转子与后转子啮合，将胶料分割在若干空间中，前转子与后转子在不同相位时，分割的不同空间的容积不一样，使得胶料在密炼室内时而被压缩，时而被拉伸；前转子的主体结构与后转子的主体结构相同，均包括转子体、第一短棱、第二短棱、第三短棱、第四短棱、第一长棱、第二长棱和返胶螺纹；转子体的两端等间距式设置有第一短棱与第二短棱和第三短棱与第四短棱，第一短棱和第二短棱与第三短棱和第四短棱错位式设置，转子体上等间距式设置有旋向结构的第一长棱和第二长棱，转子体的两个端部分别设置有返胶螺纹；前转子与后转子的相位由30°运转到60°时，面积为287mm²和138mm²的区域融合的同时，胶料分别被前转子和后转子的第一长棱和第二长棱剪切，并被分割成面积分别为165mm²和260mm²的区域；前转子与后转子较标准四棱转子在单边增加了一条短棱，有利于胶料的回流，使得密炼室内的胶料横向窜动更加明显，更有利于胶料的混合；第一短棱和第二短棱与第三短棱和第四短棱分布于转子体的两端，第一长棱和第二长棱分布于转子体的同侧，能够改变胶料的轴向和周向流动方向，使胶料的流动更加混乱，更加有利于提高炼胶质量和炼胶效率。

2.根据权利要求1所述的啮合剪切式变间隙六棱转子，其特征在于返胶螺纹的作用是密封密炼室内的胶料，前转子与后转子转动时，返胶螺纹对胶料施加轴向密炼室方向的推力，防止密炼室内的胶料外溢。

3.根据权利要求1所述的啮合剪切式变间隙六棱转子，其特征在于混炼胶料时，啮合空间的容积无规律变化，由于啮合空间的容积变化，对胶料有无规律的冲击压缩和拉伸作用，使胶料与填充物料充分糅合在一起，同时，由于棱峰与棱底的直径差，导致线速度不同，使得胶料在线速度差的作用下发生剪切撕裂作用，胶料撕裂后与填充物料的接触面更大，更加有利于胶料与填充物料的混合。