脱水挤压机切刀模板的缺陷分析与改进

葛柯柯，李 军

（新疆天利石化控股集团有限公司，新疆克拉玛依 833699）

0 引言

脱水挤压机用于橡胶生产装置后处理工序，来自振动脱水筛含水40%60%的橡胶颗粒被螺旋套推入机体，在不等距螺套的挤压下胶料压力逐渐增加，水从笼条间隙中挤出，胶料经机头调压椎体挤出后水含量降低至8%12%，脱水后的胶粒进入膨胀干燥机进一步闪蒸脱除水分及其他挥发物，最终将挥发份降低至0.6%以下送至称重、压块和包装工序[1]。

FRENCH OIL 是美国专业合成橡胶生产设备制造厂家，其挤压机和干燥机在同类BR 和SBS 生产装置中有着非常成熟的运用，某公司异戊橡胶装置于2014 年引进了两套FRENCH 干燥生产线设备。由于异戊橡胶（IR）门尼高达70～90，有着更高的弹性、强度和韧性，其脱水挤压机Cone 锥形调节机构无模板、切刀间隙大的设计缺陷凸显，导致挤压机运行中出胶尺寸大干燥机进料不均，切刀结构不合理而出现切刀裂纹、切刀安装螺栓断裂、刀翅断裂等问题，进而导致下游干燥机螺套磨损严重、筒体和螺杆摆动甚至断轴，设备无法连续运行，装置被迫停工。针对存在的问题，经过与原厂家、国内专业橡塑设备生产厂家，同类橡胶生产装置技术人员多次分析和讨论，制定优化方案，组织攻关改造，改进后的脱水挤压机运行平稳，保证了挤压机及下游膨胀干燥机的长周期安全平稳运行。

1 设备结构

FRENCH 脱水挤压机出料端采用Cone 锥形调节机构，在电动执行器Limitorque 的驱动下，锥形调节套沿着筒体轴向移动，通过调节锥形调节套和螺杆出料锥形套之间的间隙调整出料面积，从而调整胶料所受到的挤压力而调整挤压机出口胶含水量。在锥形调节套和出料锥形套上分别设有剪切板，目的是对出料产生剪切而呈条状、借助切刀的作用使得出胶呈粒状。挤压机出料结构如图1 所示。

2 设备运行情况及缺陷分析

设备投用使用近50 天后，挤压机开始出现了切刀松动脱落、切刀裂纹、切刀螺栓脱落导致干燥机螺套损坏等问题；另外由于挤压机的出胶尺寸大且不均匀（一般为长150300 mm、宽50200 mm、厚2080 mm 不等），导致进入干燥机的物料不连续，干燥机螺杆出现空膛干磨、大胶块对螺杆的巨大径向推力和轴向冲击力导致螺杆磨损加剧，筒体和螺杆摆动、进料斗裂纹甚至频繁断轴。

图1 挤压机出料锥形结构及切刀

经分析，导致以上问题的原因为：锥形调节套的可调节行程为38 mm，当锥形调节机构开度关小时，切刀距离锥形调节套剪切板距离相应变大（最大可达50 mm），因异戊橡胶高弹性、高强度的特性，切刀过大的切割距离无法将胶条切断，而是被撕、搓、拽成团，不均匀地掉入干燥机。同时切刀（刀翅厚35 mm、宽17 mm、刀盘直径小键槽处应力集中）设计强度不足，且（仅靠键上螺栓轴向定位）固定方式不合理，切刀在胶团的挤压、拉拽作用下刀盘键槽处出现裂纹、刀翅断裂、螺栓脱落现象。

3 改进方案及分析

3.1 第1 次改进

结合国内橡胶生产设备结构特点，原设备厂家提出在Cone 锥形调节机构外增加模板，模板上开有环形出胶槽，将切刀和模板间隙固定在3 mm 左右，胶从出胶槽出来后迅速被切成片状[2]。第1 次改造后的切刀和模板结构如图2 所示。

增加模板后挤压机出胶有了明显改善，胶呈厚5～10 mm，长50～80 mm 片状，均匀进入干燥机，大大改善了干燥机的吃料和螺杆受力情况。

但是，改造后的模板为两半对接式，在使用中两半模板对接处阻力大而变形，对对接螺栓造成剪切力，导致模板螺栓断裂、模板裂纹、模板变形鼓出与切刀磨损等问题；改造后的切刀安装方式复杂，依靠两半环、轴套及14 个螺栓连接，使用过程中出现了螺栓脱落现象；改造后的切刀还存在刀盘及刀翅厚度薄、刀翅过长、刀翅宽度不足、两半切刀结合处为刀翅而应力集中强度不足等问题，从而导致了切刀裂纹或断刃的现象。第1 次改造后的切刀、模板如图3 所示。

图2 第1 次改造后的切刀和模板方案

3.2 第2 次改进

针对第1 次改造后使用中出现的问题，由国内橡塑设备专业厂家大连天晟进行了二次改造：将两半模板改造为整体式，增加了模板强度，取消了模板之间的4 个对接螺栓，降低了螺栓脱落风险；将模板开孔面积由65 000 mm2增加至73 000 mm2，取消原轴套结构，在模板中心位置增加导流槽，使出胶更顺畅，减小出胶阻力；重新设计切刀，增加刀盘环厚至47 mm，刀毂长度由35 mm 增加至140 mm，刀翅厚度由35 mm 增加至50 mm，刀翅长度由145 mm 减小至138 mm，刀翅宽度由40 mm 增加至52 mm，将两半切刀结合处由刀翅改至刀盘，增加切刀整体强度，改善受力分布、消除集中应力；在切刀内孔上设置定位环用于轴向定位取消两半定位环的结构，将切刀安装螺栓由14 个减少至4个，使得安装更可靠，有效降低了螺栓脱落风险。第2 次改造后切刀、模板结构如图4 所示。

3.3 效果验证

2017 年3 月完成对挤压机切刀模板二次改造、安装调试至今，挤压机运行平稳，未出现过模板裂纹、螺栓脱落、切刀裂纹和断裂的问题，原寿命仅2 个月的挤压机切刀已使用2 年完好无损；干燥机进料均匀、电流波动由原来60～80 A降低至10～30 A，未再出现过断轴现象，彻底解决了挤压机运行的瓶颈问题，为橡胶装置的整体连续运行提供了保障。

4 结语

经过切刀模板改造后的Cone锥形调节机构挤压机已能长时间连续稳定运行，未再出现因切刀模板问题导致后处理停车的现象。实践证明：异戊橡胶生产中对挤压机切刀模板的运用是很有必要的，对FRENCH 挤压机的切刀模板改造是成功有效的，保证了干燥机乃至整个异戊橡胶装置的长周期安全平稳运行。

图3 第1 次改造后的切刀和模板

图4 第2 次改造后的切刀和模板