鼓式硫化机
鼓式硫化机
第一节 本章的学习目的要求及重点、难点
§1－1 本章的教学目的
通过本章的学习，使同学们掌握鼓式硫化机的主要用途、工作原理、主要结构及设计过程，特别是主要零部件设计思路和方法，熟悉机台操作方法及相关特点，了解关键部件加工方法。
§1－2 本章的重点、难点及要求
重点：鼓式硫化机的工作原理、关键部件设计思路和方法。
难点：机台各部件结构及原理、关键部件的设计、参数的选用、机台加工方法。
要求： 1、掌握鼓式硫化机的分类、基本结构、工作原理、规格表示、技术特征，以及主要零部件的设计。
2、熟悉鼓式硫化机的基本性能参数。
3、自学书中一些相关内容。
第一节 概述
（我们知道用普通平板硫化机硫化板带类产品，都不能实现连续硫化，都是一节一节的硫化，容易形成接头，采用鼓式硫化机硫化可以实现连续性硫化。在国外七十年代就已经采用鼓式硫化机进行连续硫化，在我国，八十年代也开始进行，当时上海橡胶一厂进行了试制，橡胶六厂购买了一台，主要用于硫化三角带。但由于包角处温度达到了，压力达不到，造成了出现接头及废品等现象，使用情况不好，另外，平带鼓式硫化机国内也有研究，但目前用的厂家不是很多，橡胶六厂从日本神户制钢引进一台大型平带鼓式硫化机，使用效果较好。）本章重点讲述平带鼓式硫化机。
§1－1用途与分类
一、根据用途可将鼓式硫化机分为
平带鼓式硫化机－主要用于表面形状荷表面质量有特殊要求的薄型板带。配上必要的预伸装置，还可用于硫化运输带、传动带及与其相类似的橡胶制品。
三角带鼓式硫化机－主要用于周长较大的A、B、C、D型三角带的硫化。
二、特点：
（一）优点：
1、能连续硫化；
2、制品表面光洁度高；
3、厚度均匀；
4、劳动强度低；
5、容易实现生产过程自动化。
适用于生产表面质量要求高的和具有连续花纹的制品。
（二）缺点：
1、生产能力低；（受鼓径影响）
2、制品厚度受到限制；（受压力限制）
3、操作不方便。
§1－2 规格表示与技术要求
一、规格表示：
鼓式硫化机的规格通常用硫化鼓的直径×可硫化制品的最大宽度。
（如：Φ700×1500mm表示硫化鼓的直径为700mm，可硫化制品的最大宽度为1500mm。）板书
各种规格的鼓式硫化机的区别在于机器的鼓数不同，压力带结构不同，机器的基本结构和主要零部件的组成基本相同。
二、技术要求：
鼓式硫化机的主要技术要求有制品的规格、鼓的直径、钢带宽度、圆周速度、电机功率等。
§2－3 基本结构
这种鼓式硫化机主要用于硫化橡胶板、带制品，如光面胶板、花纹胶板、印刷胶板、印染导带、纸浆滤带等。配以必要的辅助装置，还可硫化输送带、传动带及其它类似的橡胶制品。近年来，在建筑橡胶防水片（卷）材及雨布类制品、橡胶地板、墙纸、塑料板、瓦以及装饰胶合板、含胶刨花板及纤维板的生产上也得以推广应用。
（鼓式硫化机主要由硫化鼓1、滚动轴承2、调节辊3（上下各1个）、伸张辊4、压力带5、传动装置6、调节装置7、压力带张紧装置8、后压力辊筒9（辅助加压辊）、机架10、压力带调偏装置11、压力带清扫装置12、硫化鼓清扫装置13、垫带调整装置14及机座16等部件组成。其中，硫化鼓和压力带是主要的工作部件。）
§2－4 工作原理
一、工作过程
鼓式硫化机在工作时，先由辅机导开装置引出半成品，有时，线进入预热台，经下调节辊进入压力带与硫化鼓之间。经张紧了的压力带给半成品以硫化压力。通过无级变速的传动装置，按需要的转速带动上调节辊，并通过压力带的摩擦传动，带动硫化鼓及其他各辊跟着旋转。因此，半成品在通过硫化鼓的包角范围内，在保证硫化时间（由进入到出来的时间）、硫化温度（由蒸汽通过硫化鼓加热或还可在压力带外面有辅助电加热）及硫化压力的工艺条件下，完成制品的硫化工艺。（已硫化好的制品，经主机后面的辅助卷取装置，卷成一辊后卸下，再更换新的卷轴。）
二、工作原理
右图所示为硫化机的流程与工作原理图。当上调节辊以一定速度按顺时针主动旋转时，带动硫化鼓、下调节辊及张紧辊等一起缓慢的旋转。硫化鼓的转速，是由制品的硫化时间决定的。其转矩是靠压力带借助于摩擦力传递的。
为了获得一定的硫化压力，可由液压油缸向后推移张紧辊，使张紧了的压力带，在硫化鼓上包容并压紧待硫化的制品。压力带的包角，可通过上下调节辊的移动来调节。为了获得所需要的硫化温度，可在硫化鼓内通蒸汽加热，调节蒸汽压力，即可控制硫化温度。
第三节 主要性能参数
§3－1 鼓径与长度
鼓式硫化机是在硫化鼓上完成制品的加热、加压和硫化的。因此，硫化鼓的直径与长度，是其最具代表性的参数之一。（它不仅直接影响着硫化时间、硫化压力和硫化温度，而且也影响制品的规格、压力带尺寸及生产能力。）
主鼓直径常用规格有350、700、1000、1500、2000mm。
主鼓与从鼓的直径比为：D0 =2/3D
从鼓D0 不能太小，否则将影响压力带的弯曲疲劳寿命。 D0 太大，则机台笨重，操作不便。
主鼓直径D的选择，主要考虑的因素：
（1）生产能力，因为：随着D的增大，生产能力将成比例的增加；
（2）硫化压力，因为：在钢带张力一定的情况下，随着D的增大，硫化压力将成比例减少 ；
（3）压力带强度，因为：对于一定的钢带厚度，随着D的减少，钢带的弯曲应力将成比例的增大，而且，当D＜1000mm时，最好用挂胶钢丝编织带，而不是薄钢带，否则，其弯曲疲劳的寿命太短，且钢带的张力受到限制 ；
（4）加工制造与机台的尺寸，因为：随着D的增大， 制造难度增加，而且机台尺寸过大。
综合上述分析，主鼓直径D ：对于钢丝挂胶压力带，D＝700～1000mm为宜；对于薄钢带，D＝1500～2000为宜。
主鼓的长度，以硫化制品的宽度为依据，同时，也要考虑到刚度的问题，因此，其长径比不能过大，一般L/D＝1～3为宜。
§3－2 压力带的长度与厚度
压力带是保证制品硫化压力的主要部件，其宽度按硫化制品的最大宽度而定。
压力带长度，则按硫化机的结构计算而定，并且，随着长度L的减少，压力带的寿命将成比例的下降。
压力带的厚度也直接影响钢带的拉伸强度、弯曲强度及疲劳寿命。因此，它的选择是否适宜，会直接影响到鼓式硫化机性能的优劣。
经计算求得的δ最佳值为：
δ ＝(PDD0/2E)1/2
式中δ－压力带的厚度，cm
P－硫化压力，kg/cm2
D－硫化鼓直径，cm
E－钢带的弹性模量， kg/cm2
D0－硫化机上压力带经过的最小辊直径，通常为上下调节辊或张紧辊的直径，cm
§3－3 钢带张力与硫化压力
硫化压力是硫化三要素中影响制品质量的关键参数之一。对于鼓式硫化机，硫化时间及硫化温度都容易保证，唯独硫化压力，由于受到钢带张力的限制，尚不能满足工艺上的最佳需要。
经计算得，P＝2s/D
式中，P－制品得硫化压力，kg/cm2；
s－压力带单位宽度上的张力，kg/cm；
D－硫化鼓直径，cm。
由上式可见，硫化压力与压力带得张力成正比，在鼓径一定得情况下，欲增大硫化压力，必须增大压力带的张力。
压力不足，会引起较厚制品出现气泡和明疤，并且，由于胶料与布层的密着力不足，常造成制品脱层和表面不平整，因而，会显著的影响制品物理机械性能。
§3－4 硫化鼓包角与硫化时间
压力带与硫化鼓两切点之间的包容较度∠HO1G= ∠φ,即为硫化鼓的包角。
包角的大小，直接影响硫化时间和硫化能力。因为待硫化制品从H点进入，从G点出来，在这一段时间（即硫化时间）里，制品同时受热受压，因而完成硫化工艺。
对于工艺上给定的硫化时间τ，硫化鼓的转数n与τ的关系：τ ＝φ/360n
而硫化鼓的圆周速度V应为V＝πDn，
所以，在保证硫化时间τ的情况下，包角φ越大，鼓的转速亦越高，因而对于一定的鼓径D其硫化制品的生产速度也就越快。
增加包角有一定限定，上下调节辊不能碰在一起，要留有进出带的位置，压力带上下两边也不能碰到硫化鼓上。当前，平带鼓式硫化机的包角2700～2800。
§3－5 鼓转数与生产能力
鼓转数是由硫化时间决定的，通常，根据最长与最短硫化时间，确定其最低和最高转数，而最低和最高转速之间，应当是无级变速的。
鼓式硫化机的生产能力，取决于硫化鼓的圆周速度，而圆周速度又取决于鼓的直径和转数，其转数又取决于压力带的包角和硫化时间。
随着硫化胶带的厚薄及胶料品种的不同，硫化时间不等，生产能力也不同。
其生产能力为：Q=60πDn /1000 （ m/h）
式中D－硫化鼓外径，mm；
n－硫化鼓转数，rad/min。
为了强化鼓式硫化机的生产能力，应当在保证产皮品质量的前提下，尽可能缩短硫化时间。
§3－6 硫化温度
鼓式硫化机的硫化温度，应根据工艺条件和设备性能，并与硫化压力和硫化时间等权衡考虑。目前平带鼓式硫化机的硫化温度通常为140～1600，高者可达180～1900，总体来说，趋向于高温短时间的硫化工艺。但要考虑以下几点：
（1）橡胶是不良导体，对较厚制品，应考虑内外层两面同时加热，使其同时达到正硫化温度的平坦范围；
（2）各种橡胶的耐高温性能不同；
（3）硫化剂不同，硫化温度有很大差异；
（4）加热介质不同，其硫化温度亦不同，（如用熔盐为加热介质的连续硫化，其硫化温度壳高达2000。）
§3－7 功率消耗
鼓式硫化机的功率消耗不高，它主要克服主鼓和从鼓轴承的摩擦及制品胶带卷入硫化鼓时的瞬间摩擦。但由于传动系统速比很大，再加上变速系统的传动效率不高，其中70％左右消耗在传动与变速系统上。
（以上的介绍，均以平带鼓式硫化机为例）
平带鼓式硫化机和平板硫化机相比，其主要优点是可以连续硫化，产品表面光洁，厚度均匀，内部致密，无两次重复硫化的接头，无接头的暗棱，且可实现环形无接头硫化。由于硫化连续进行，故可实现自动化作业，不仅操作人员可以减少，其劳动强度也可大大降低。对于表面强度要求高或具有连续花纹的板、带制品，其优越性尤为显著，在全长上的产品性能能达到均匀一致。
缺点是硫化压力不如平板硫化机高，且受到鼓径增大的限制，硫化厚制品的质量和生产能力都比不上平板硫化机，所以，目前主要用于硫化薄型板带。
第四节 主要零部件的设计
§4－1 硫化鼓
硫化鼓是鼓式硫化机的关键部件，它对硫化制品的质量有非常重要的影响。因此，对硫化鼓提出如下要求：
（1）有足够的强度和刚度；
（2）高的表面硬度和表面光洁度；
（3）鼓壁厚薄要一致，材质均匀。
一、硫化鼓的结构
（为了保证主鼓与从鼓之间的平行度，轴承一般采用带有推卸套的调心轴承。）
二、硫化鼓的材料及加工
硫化鼓本体可用45钢锻造，然后切削加工；小口径的硫化鼓，也可用无缝钢管制成。
本体与两端用同样材料的铸钢轴头焊接起来，焊后经退火处理，再最后机械加工，精磨并抛光鼓面，，在喷镀厚为0.2～0.3mm的硬铬。喷镀材料的合金成分，应使其热膨胀系数与鼓体材料相同，否则多次热膨胀后，镀层会起皮脱落。
为了确保鼓体的稳定性，在大直径鼓内，焊有两个加强环。硫化鼓制成后，须经水压实验，实验压力为12～15kg/cm2。
硫化鼓的加热方式主要有：蒸汽加热、油加热和热水加热。
工厂中通常用蒸汽加热，温度可由蒸汽压力控制。
用蒸汽加热的硫化鼓，需要专门的旋转接头。结构复杂，但是密封效果较好。
三、硫化鼓强度和刚度计算
硫化鼓的壁厚确定以刚度为准则，一般，满足刚度要求，强度就不成问题。由于硫化制品的厚度偏差要求精确，故鼓的最大挠度一般空制在0.04~0.06mm以下。
（空心套筒10通过连接板与硫化鼓轴头相连接，而旋转接头的壳体5及接头1则固定在进汽管道上。硫化鼓旋转时，空心套筒10随着旋转。石墨密封环6的左端面与不锈钢支承环8相接触。依靠弹簧4的作用将石墨垫9、不锈钢支承环8和石墨密封环6相互压紧，使旋转密封面不会泄漏。石墨垫9和石墨密封环6磨损到不能用时，可以更换。）
采用油加热或热水加热时，硫化鼓的加热通道一般采用钻孔型式。
§4－2 压力带
压力带是鼓式硫化机的主要工作部件，它与硫化鼓一样，是直接与硫化制品接触的重要工作部件。
（一）材料与结构
目前，平带鼓式硫化机常用的压力带主要有两种，薄钢带和钢丝编织带，后者常单面挂胶。
1、薄钢带整个成为环形，通常厚度为1.2～1.8mm的三条合金钢薄钢带并焊而成，环形接头的焊缝相互错开，并与宽度方向成45o角。焊后的工作面须精磨并抛光处理。
钢带压力带维修简单，使用寿命长，并可在外面辅助电加热，以提高制品的硫化速度。但由于其挠性较差，容易产生弯曲疲劳，故一般用在Φ1000以上的鼓式硫化机。另外，薄钢带缺乏弹性，一旦有金属块，如螺钉、螺母等落入压力带与硫化鼓之间，会把压力带顶坏，甚至顶穿，使用时须特别注意。
2、钢丝编织带通常是由多股钢丝捻成钢丝绳后，按经线和纬线编织而成，钢丝必须镀铜，以便于钢丝绳与橡胶的粘合。图示为Φ750×1250鼓式硫化机的钢丝编织带。其与制品接触的一面覆有一层厚为5.5mm的耐热橡胶，通常为氯丁橡胶，钢丝绳由直径为0.34mm的7种钢丝合股而成。钢丝压力带的挠曲性和保温性较好，故中小型鼓式硫化机，多用此种。但由于覆有橡胶（否则表面不光滑），传热性能差，不能在带外辅助加热，故不宜用于硫化较厚的制品。此外，橡胶层长期在高温下工作，易老化和龟裂，需要定期对覆胶进行清除更新，这是该压力带的弱点。
（二）压力带长度计算
压力带的长度主要取决于硫化鼓、上下调节辊几条压伸张辊的直径和中心位置，该位置的确定，应考虑到便于安装和压力带的更换。
由于压力带制成后，为一完整的环形，故在设计前，必须经过准确的计算，否则由于周长不足而可能安装不上。当然，也可用求解法求其周长。
§3－3 加压部件
加压带在开始跑合后，常会出现某些变形，如采用钢丝绳编织压力带，更容易出现纬线变形。为了保证压力带的寿命，此变形必须是等距平行的。为此，在运行时，必须保证硫化鼓与伸张辊平行，故伸张油缸必须有附加偏移的控制装置。此装置直接和压力带跑偏调节装置的液压系统合在一起，并在超过调整点后自动进行调节。）
二、结构
结构如图所示，主要由伸张辊1、轴承座2、伸张油缸9、伸张辊上、下调整油缸3和轴承座横移座架7等组成。
二、工作原理
压力带靠伸张辊1两端的两个伸张油缸9（柱塞式油缸）推动轴承座横移座架7沿机架8的导轨移动而张紧。伸张辊1的一端，轴承座2的下方还装有3个伸张辊上、下调整油缸3（另一端没有），可将伸张辊轴端的轴承座2沿轴承座横移座架7的导轨作上、下调整，以防压力带跑偏。油缸3推动轴承座2的上下位置，由3个限位开关4控制。
辊筒两端的滚动轴承由油泵压力油通过喷油管5喷油润滑，回油从压盖下部小孔流回油箱。
钢球11用于轴承座横移座架7和伸张油缸9的柱塞10之间的自动调心。
根据工艺要求，伸张油缸的液压控制应满足两个基本要求，（1）压力能在一定范围内调节；（2）压力能稳定在选定的范围内。
（压力带伸张液压控制不再详细讲解，下面讲一下压力带的调整）
三、压力带的调整
压力带在工作过程中，由于制品厚度不一致或安装等方面的原因而造成偏移，必须予以调整。
（压力带的调整控制装置见图，主要由摆杆2、弹簧支承杆3和支承板5、限位开关6等组成。摆杆2和支承板5可绕O点摆动、支承板5摆动时，触动限位开关6和9动作，以控制压力带1的偏移。）
（工作原理书上解释的很清楚，大家自学以下，不再详细讲解）
§4－4 调距部件
调距装置分别安装在上下调节辊上，它由齿轮减速电机1、涡轮减速器2、离合器3及传动丝杠4所组成。其中，牙嵌式离合器3用于安装时调整两端的高低。
§4－5 挡边与垫带装置
当硫化制品小于压力带宽度时，必须在硫化鼓上，硫化制品的两边加上相当厚的垫带，否则，由于压力带局部变形，影响其平整度，为了防止制品带跑偏，使硫化制品两边整齐，在两侧需有挡边装置。
挡边带用胶帆布贴合制成环形，其厚度略比制品小些，装在硫化鼓上制品的两边，并由压力带压住，工作时，随着硫化鼓一起旋转。
有的平带鼓式硫化机在硫化鼓上安装有可拆卸的金属挡边环，以取代挡边胶带。金属挡边环的厚度应比制品厚度小0.8~1.5mm，使制品有被压力带压实的余地。
（如图，两边挡边带7的距离可以通过手轮6、调距螺杆5和挡边带轮4调整，并可用拉紧气缸2推动挡边带轮4，把挡边带7张紧。挡边装置的支承横梁1固定在辊筒9两端的轴承座上，上、下辊调距时，挡边装置可随着一起移动。）
§4－6 后压辊
较大规格的平带鼓式硫化机装有后压辊，可以局部提高硫化压力，同时帮助进一步排出气泡。它在硫化厚制品时有一定作用。但对于薄制品，则意义不大。
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§4－7 清洁装置
薄钢板压力带在使用过程中会生锈及积垢，为使制品有光滑的表面，须对硫化鼓及压力带进行清洁。硫化鼓一般用毛毡辊清洁，以保证硫化鼓镀铬的表面。清洁辊除了转动以外，尚须依靠圆柱凸轮的作用，作轴向往复运动。薄钢板压力带则采用钢丝刷辊，能有效的去除污物。硫化鼓及薄钢板压力带的清洁辊一般采用电机或风动马达。
§3－8 辅助设备
平带鼓式硫化鼓的主要辅助设备有：
发送半成品的导开装置和已硫化产品的卷取装置；当硫化运输带或传动带时，需要预伸张装置；当硫化印刷或印染胶板时，需要有贴合用的胶片架；为提高生产效率，在机前还设有预热台。
第五节 V带鼓式硫化机
V带鼓式硫化机用于硫化V带。（其基本原理与平带鼓式硫化机相同，所以只作简单介绍。）