年产100万套全钢载重子午线轮胎混炼胶制备工序路线确定.docx
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年产100万套全钢载重子午线轮胎混炼胶制备工序路线确定
课程设计报告
设计题目名称《年产100万套全钢载重子午线轮胎混炼胶制
备工序路线确定》
高分子材料与工程专业
橡胶成型工艺课程设计任务书
学生姓名：
班级：
学号：
组号：
一、设计题目：
《年产100-150万套全钢载重子午线轮胎混炼胶制备工序的工艺路线确定》
二、设计内容：
1.根据理论单胎用混炼胶重量，配方种类，不同配方的混炼特点，查阅资料后，找到合适的密炼机类型，依据需要混炼胶的数量确定密炼机台数。
详细计算出各配方的日产量、班产量。
2.根据对混炼胶的质量控制要求，从质量管理的角度确定各段混炼胶的检测项目和频次，查阅资料确定合适的检测设备类型，并依据确定的频次核算所需设备台数。
三、应提交的设计成果
完整的橡胶成型工艺课程设计报告由设备设计计算及选型说明书两部分组成。
提交的设计成果编排顺序如下：
（1）标题页；
（2）设计任务书；
（3）目录；
（4）设计方案简介；
（5）工艺流程草图及说明；
（6）工艺计算及主体设备设计计算及选型；
（7）辅助设备的计算及选型；
（8）设计结果概要或设计一览表；
（9）对本设计的评述；
（10）附图（工艺流程简图、主体设备工艺条件图等）；
（11）参考文献。
四、主要参考文献
1.《橡胶物理和化学试验方法》.中国石油和化学工业协会，全国橡标委通用试验方法分技术委员会，中国标准出版社第二编辑室编.化学工业标准汇编中国标准出版社,2010.09.
2.《橡胶塑炼与混炼》.王艳秋编著.化学工业出版社,2005.10.
3.《橡胶通用工艺》.聂恒凯主编.2009.
4.《橡胶炼胶工》.王梅丽编著.化学工业出版社,2009.09.
5.《实用橡胶手册》.吕百龄主编化学工业出版社,2010.04
6.《工程橡胶制品设计制造·性能测试》.游长江译.化学工业出版社,2010.04.
7.《橡胶制品配方集锦》.张玉龙，齐贵亮主编.中国纺织出版社,2009.08.
8.《橡胶物理机械性能测试》.翁国文，聂恒凯主编.化学工业出版社,2009.05.
9.《橡胶物理和化学试验方法》2008全国橡标委橡胶物理和化学试验方法分技术委员会，中化化工标准化研究所，中国标准出版社第二编辑室编.化学工业标准汇编.中国标准出版社,2008.
院长：
系负责人：
指导教师：
发题日期2014年5月日
完成日期2014年6月日
目录
1、设计方案简介……………………………………1
2、工艺流程草图及说明…………………………2
2.1工艺流程图……………………………………2
2.2混炼胶制备工序流程说明……………………3
2.2.1配合剂的加工和称量………………………3
2.2.2配合剂的称量和配合………………………4
2.2.3混炼工序…………………………………4
2.2.4胶料快检……………………………………5
三、设计……………………………………………6
3.1一条标胎所用配方和混炼特性………………6
3.2每班生产时间安排表………………………6
3.3检测时间…………………………………7
四、工艺计算及主体设备设计计算及选型……………7
4.1终炼胶密炼机的计算…………………………7
4.2母炼胶密炼机的计算…………………………8
4.3上辅机系统中储罐的确定…………………………8
4.3.1炭黑储罐数的确定…………………………8
4.3.2油料储罐的确定…………………………8
4.3.3挤出机的确定…………………………9
4.3.4冷却机的确定…………………………9
五、辅助设备的计算及选型………………………10
5.1检测方案确定……………………………10
5.2检测设备的选取……………………………11
5.2.1门尼粘度仪……………………………11
5.2.2电子比重仪/密度仪………………………12
5.2.3硬度计……………………………………13
六、设计一览表……………………………………15
七、总结…………………………………………15
八、附图…………………………………………16
九、附录…………………………………………18
十、参考文献…………………………………………19
年产120万套全钢载重子午线轮胎混炼胶
制备工序的工艺路线确定
一、设计方案简介
本设计根据年产量要求，计算出完成生产任务需要的总炼胶量、日产量、班产量。
再根据理论单胎的重量，配方的种类，不同配方的混炼特点，查阅资料后，找到合适的密炼机类型，依据总混炼胶的数量确定密炼机台数。
然后根据对混炼胶的质量控制要求，从质量管理的角度确定各段混炼胶的检测项目和频次，查阅资料确定合适的检测设备类型，并依据确定的频次核算所需设备的台数。
子午轮胎的介绍
子午线轮胎的国际代号是“R”，由于其胎体结构不同于斜交胎，有的国家称之为径向轮胎，X轮胎等。
载重子午线轮胎子午线轮胎胎体的帘线排列不同于斜交轮胎，子午线轮胎的帘线不是相互交叉排列的，而是与外胎断面接近平行，像地球子午线排列，帘线角度小，一般为0°，胎体帘线之间没有维系交点，当轮胎在行驶过程中，冠部周围应力增大，会造成周向伸张，胎体成辐射状裂口。
因此子午线轮胎的缓冲层采用接近周向排列的打交道帘线层，与胎体帘线角度成90°相交，一般为70°到78°，形成一条几乎不能伸张的刚性环形带，把整个轮胎固定，限制轮胎的周向变形，这个缓冲层承受整个轮胎60%到70%的内应力，成为子午线轮胎的主要受力部件，故称之为子午线轮胎的带束层。
斜交胎的主要受力部件不在缓冲层上，其80%到90%的内应力均由胎体的帘布层承担。
由此可见，子午线轮胎带束层设计很重要，必须具有良好的刚性，可采用多层大角度，高强度而且不易拉伸的纤维材料，如钢丝或者芳纶纤维等。
分类
子午线轮胎根据材料不同可以分为全钢丝子午线轮胎、半钢丝子午线轮胎和全纤维子午线轮胎三种类型。
全钢子午线轮胎。
全钢丝子午线轮胎的带束层均采用钢丝帘线，一般用于载重及工程机械车辆上。
半钢丝子午线轮胎的胎体采用人造丝或者其他纤维，带束层则用钢丝帘线，这种类型的子午线轮胎一般用于轿车或轻型卡车上，如公交车等。
全纤维子午线轮胎的胎体及带束层全采用人造丝或其他纤维帘线，带束层帘线应采用低伸长帘线，这种子午线轮胎一般用于低速轿车或拖拉机上。
子午线轮胎结构合理，比斜交胎性能要优越，有很多优良的特点：
耐磨及耐刺穿性能好；缓冲性能好，行驶温度低；稳定及安全性能好，行驶里程及经济效益高。
优点
1）接地面积大，附着性能好，胎面滑移小，对地面单位压力也小，因而滚动阻力小，使用寿命长。
2）胎冠较厚且有坚硬的带束层，不易刺穿；行驶时变形小，可降低油耗3%～8%。
3）因为帘布层数少，胎侧薄，所以其径向弹性大，缓冲性能好，负荷能力较大。
4）散热性能好，可适应高温、高速行驶。
5）税收优惠：
自2001年1月1日起，子午线轮胎免征消费税。
编辑本段优缺点
因胎侧较薄，胎冠较厚，在其与胎侧的过渡区易产生裂口。
侧面变形大，导致汽车的侧向稳定性差，制造技术要求高，成本也高。
由于子午线轮胎具有耐磨、节油、乘坐舒适，以及牵引性、稳定性和高速性能好的特点，使其获得了极快的发展。
目前国际上子午线轮胎占市场的80%，轿车和载重子午线轮胎分别为90%和63%。
2、工艺流程图及说明
图2-2工厂加工流程
2.2混炼胶制备工序流程说明
配合剂的加工→橡胶和配合剂的称量→混炼→下片冷却存放→胶料快检。
2.2.1配合剂的加工和称量：
对橡胶制品所用的橡胶和配合剂进行准备加工，并按照技术配方规定称量配合的加工工艺过程，称为加工和配料工序。
1、原材料的加工：
（1）天然胶要烘胶，配有烘胶房，大块切成小块。
（2）配合剂的加工和准备的目的：
确保配合剂的质量,便于混炼的工艺操作，提高混炼分散效果,实现自动化条件,制造好的胶料。
（3）配合剂的加工方式：
粉碎：
按一定的质量标准将大的颗粒粉碎或磨细。
目的：
增加配合剂与生胶的接触面积，便于混炼均匀，便于配合剂的分散。
干燥：
将配合剂在专门设制的加温室或干燥器内进行加热干燥。
目的：
除去和减少配合剂中水分及低挥发性杂质，保证配合剂质量。
因为水分过多易结团，则在混炼过程不利于分散，最后导致混炼不均。
筛选：
利用各种筛网设备对配合剂进行筛选。
目的：
去掉颗粒大的杂物。
熔化、过滤和蒸发脱水：
对易熔化的固体和粘性液体进行加热熔化，通过筛网除去杂质，对于液体软化进行蒸发脱水。
目的：
除去水分。
2.2.2、配合剂的称量和配合：
（1）按照配方规定的配合剂的品种、规格、数量，按配方要求进行分别称量。
此工序对混炼胶的质量至关重要。
如漏配、错配，不符合称量公差。
多配、少配等。
（2）对称量和配合的操作要求。
a料种准确。
b称量准确。
c不漏配和错配。
d不多配和少配。
（3）配料工序要注意的方面：
a要注意防潮，配合剂要存放在干燥的区域。
b有些配合剂如氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO），遇到水后就会发生化学反应，就改变了配合剂本身的性能。
所以在配料和存放过程中必须注意防水，出现结团就不能使用。
c防火，如硫黄要特别注意，电气开关的下面不允许存放，生胶和CB也要注意防火。
特别注意电气焊。
d防混料，因为在配合室原材料很多，并且有些外观差不多，易出现混料，所以必须定置存放，有明显标志。
没有标志的药品，不能使用，必须经取样试验确定后才能使用。
2.2.3混炼工序：
1、将生胶与各种配合剂通过专用炼胶机均匀地混合成一体的加工工艺过程称为混炼工序。
经过混炼加工制成的胶料称混炼胶。
混炼胶目的：
（1）制备物理机械性能均匀一致，达到配方要求。
（2）改善胶料的加工工艺性能，满足后工序的加工要求。
（3）降低成本，满足产品质量要求。
（4）提高橡胶制品的使用性能。
2、混炼胶的质量要求：
（1）保证胶料各项快检指标的合格。
（2）有良好的加工工艺性能。
（3）保证成品具有良好的物理机械性能。
3、生产合格混炼胶要满足：
（1）配合剂分散均匀，避免出现结团现象。
（2）使胶料具有特定的粘度、焦烧值，保证各项工艺过程中的安全性和顺利进行。
（3）要使生胶与补强剂产生一定数量的结合橡胶，有良好的补强效果。
补强剂主要有CB、SiO2.nH2O（白炭黑）。
（4）在保证混炼胶质量的前提下，尽量缩短混炼时间，减少动力消耗，避免过炼。
4、胶料的混炼由密炼机、上辅机、下辅机组成的炼胶生产线。
（1）上辅机是将粉状、液体、颗粒状、块状等原材料经储备、称量、输送投入到密炼机的装置。
（2）下辅机是将密炼机混炼排出的胶料压片直到叠片切割等一系列的装置。
上辅机是为密炼机配套的，有炭黑、油类、粉药、生胶四类称量，输送装置，主要有
a炭黑输送装置，即CB解包房，CB由风压打入储存罐内，按品种依次投入到悬挂的自动秤上，然后投入密炼机内。
b液体软化剂输送系统。
C小药称量系统，用低熔点的聚乙烯包装袋，包装，然后投入密炼机内。
下辅机有两种形式，
A：
开炼机；
B：
双螺杆挤出机，一般用于压母炼胶的胶片。
5、密炼机的工艺条件：
（1）生胶和各种配合剂的重量和配料重量公差。
（2）装胶容量，即填充系数。
（3）密炼室的加料顺序。
大多数混炼分三段，分清每段所加的原材料。
（4）混炼时间。
（5）混炼排胶温度。
（6）上顶栓的压力。
（7）密炼机的转子转速。
6、混炼周期的控制方法：
时间、温度、能量消耗、功率积分等方法，一般控制方法以温度为主，辅助参考时间的方法，先进的方法是以能量为温度为辅
7、各段胶要求要存放一段时间的目的有：
（1）使胶料恢复疲劳、松驰，在密炼机中受到剪切力。
（2）减少胶料的收缩。
（3）使配合剂在胶料中继续扩散。
（4）使橡胶与炭黑进一步形成结合橡胶，提高补强效果。
2.2.4胶料快检：
对密炼机混炼制成的终炼胶随即取胶料试片在很短的时间内用专门的快检仪
器进行流变仪、门尼粘度、门尼焦烧、硬度、比重等多项指标的检验，以此判断终炼胶的合格。
快检检测设备和仪器：
（1）平板硫化机，用于硫化胶料快检试片。
（2）6″炼胶机，用于炼压粘合胶料的试片。
（3）流变仪，用于胶料流变性能的检验，即硫化曲线。
（4）门尼焦烧仪器，用于胶料粘度值和焦烧时间的检验。
（5）硬度仪器，用于胶料的硬度的检验。
（6）比重，用于胶料的比重的检验。
（7）电力拉力机，用于粘合胶料的钢丝抽出力的检验。
（8）挺性检验仪器，用于胶料的挺性检验。
三、设计
3.1轮胎所用的配方和混炼特性
序号
配方
重量
段数
1
A
带束
4.90
3.50
2
B
胎体
3.50
2.80
3
C
气密
2.60
2.00
4
D
过渡
4.20
2.80
5
E
胎侧
9.00
3.00
6
F
胎冠
14.70
2.90
7
G
基部
2.60
2.50
8
H
肩垫
3.00
2.50
9
I
三角
5.40
2.80
10
J
其他
1.10
3.00
标胎总质量51.00kg
3.2生产时间安排表
运算项目
TBR
每班
用餐时间min
30
换规格min/次
4
换规格次数次/班
2-5
实际生产时间min
宽裕时间%
2
设备维修保养%
5
生产时间min
回炼率%
1.7
回丝率%
0.3
有效生产时间min
其他有效生产日期一般按300天/年计算
终炼胶的混炼周期一般为150-200秒母炼周期一般为210-270秒
检测时间min
项目
速度
门尼粘度
6
流变仪
4.2
门尼焦烧
21
硬度
10秒
比重
10秒
物性
55
门尼粘度：
实际测试时间5分钟，操作25秒，加上等待、故障时间。
流变特性：
实际测试时间3或4分钟，平均3.7分钟，加上操作等待故障时间。
门尼焦烧：
实际测试时间20分钟，操作25秒，加上等待、故障时间。
物性测试：
包括制样5min、硫化30min、冷却10min、测试10min。
四、工艺计算及主体设备设计计算及选型
4.1终炼胶密炼机的计算：
平均段数的计算
（4.90*350+3.50*2.80+2.60*2.00+4.20*2.80+9.00*3.00+14.70+2.90+2.60*2.50+3.00*2.50+5.40*2.80+1.10*3.00）/51-1=1.86
年生产量为100万条轮胎，每年工作时间为300天，则日产100万/300=3334条。
每条轮胎胶体51公斤，日需终炼胶3334*51=171吨，根据混炼特点（段数）日需母炼胶171*1.86=318.06吨。
母炼胶周期220秒，终炼胶周期180秒
选用F370型密炼机，填充系数为0.75，腔室396L。
母炼胶时，周期T=245秒
每班可生产车数:
车数=404*60/245=99车,选定密炼机后核定单车塑炼重量：
母炼胶比重稍小为1.080，填充系数为0.75，则单车塑炼重量=396*0.75*1.080=320.7kg，班产=99*320.7/1000=31.63吨，日产94.9吨。
318.06吨母炼胶需4台F370型密炼机，刚好达到生产要求，设备可用。
4.2终炼胶密炼机的计算：
要求年生产量120万，工作天数要求一年300天，则日产100万/300=3334条，每条轮胎胶体51.0公斤，日需终炼胶3334*51=170.034吨，
终炼用F270密炼机，填充系数为0.75，混炼腔体积255L，终炼胶比重为1.140，则单车混炼重量为170.034*0.75*1.140=145.388公斤。
每班产量：
每班480分钟，除去维护等其他时间，实际有效时间[480-30-4-（2~5）]*91%=404分钟，按照2.6min的周期，可生产156车，班产156*218.1=34吨，日产102吨。
170.034吨选用2台时，刚好达到生产目标，准时完成工作。
4.3上辅机系统中储罐的确定
4.3.1炭黑储罐数的确定
根据要求，每条标胎含炭黑约15.8公斤，日产3334条轮胎，则日需炭黑量=3334*15.8=52.68吨，每班需要17.56吨。
选取储量为5吨的储罐，则需要炭黑储罐数为3个，还剩2.56吨，则需要手动投炭黑，所以需预留需手动投炭黑的罐8个。
4.3.2油料储罐的确定
每条标胎含油约0.23公斤，日产4000条轮胎，则日需油料=3334*0.23=0.767吨，取储量为5吨的油料储罐，由于天然橡胶中增塑剂为硬脂酸，故只需1个储罐作为中间保温储罐，另外需要1-2个加热脱水罐。
然而考虑到轮胎各配件油料有所不同，故需不同的罐来储存。
子午线轮胎配件的油料分别是芳烃油、松焦油、高芳烃油、环烷油、硬脂酸、微晶蜡、石蜡，子午线轮胎的油料有7种，故需7个5吨的油料储罐。
下辅机系统中挤出、冷却机的确定
4.3.3挤出机的确定
挤出机选用XJY-S330双螺杆挤出机。
性能参数
XJY-S300
螺杆直径，mm
φ330
螺杆转数，r/min
3.1-31
螺杆工作长度，mm
1200
挤出电机功率，kW
90
挤出电机电压，V
440DC
辊筒规格，mm
φ480×100
辊筒转数或线速度
2.5-25r/min
胶片厚度，mm
4-12
胶片宽度，mm
750
压片电机功率，kW
90
压片电机电压，V
440DC
压缩空气压力和消耗量
0.56-0.7MPa
冷却水压力和消耗量
0.3-0.4MPa，0.75m3/min
生产能力，t/h
8
外形尺寸（长×宽×高），mm
4610×3730×4680
总重量，t
27（不包括电气）
该机型生产能力为8吨每小时，每班生产终炼胶34吨，母炼胶31.63吨，则需要该型号的挤出机2台.
4.3.4冷却机的确定
选用XPG-800悬挂式胶片冷却机
名称
单位
XPG-800悬挂式胶片冷却机
适用胶片宽度
mm
MAX800
适用胶片厚度
mm
MAX10
挂胶杆间距
mm
150
胶片悬挂长度
mm
MAX1500
接取线线速度
米/分钟
0～26
摆胶线线速度
米/分钟
0～40
悬挂线线速度
米/分钟
0～1.55
冷却风机数量
台
8
冷却风机功率
KW/台
0.75
胶片最终温度
≤40℃
压缩空气压力
MP
0.4～0.6
外形尺寸
mm
9500×1880×3100
重量
KG
约11500
每小时处理母炼胶胶片的能力：
0.8*0.01*26*1080/60=3.744吨，每小时处理终炼胶胶片的能力：
0.8*0.01*26*1140/60=3.952吨。
而每班生产终炼胶34吨，母炼胶31.63吨，则需要该型号的冷却机组3台。
五、辅助设备的计算及选型
为确保混炼胶质量符合下一流程，以及最终产品质量达到要求，混炼的胶料需要检测，可以从密度、硬度确定配方组分是否按要求重量加入，门尼粘度确定粘度是否稳定保证加工性能。
5.1检测方案确定
根据各项目的测试目的、数据有效性、数据表征范围的交叉覆盖及对实际生产的指导意义，消除重复性测试，在全钢载重子午线轮胎生产过程中，正常合理的快速检测项目是：
对母炼胶采取密度和门尼粘度测试控制，对终炼胶有两种方案，一是采取硬度、密度、门尼粘度控制，二是采取门尼粘度、流变仪控制。
钢丝抽出、焦烧、炭黑分散、物性检测等项目可以作为某一周期内的例行检查，同时作为现场出现异常时进行即时鉴定、研究分析的工具。
5.1.1对母炼胶的检测：
母炼胶采取密度和门尼粘度测试控制。
母炼胶的比重测试项目因为单项投资小,速度快，可以进行逐车次检测,门尼粘度测试频次设置为母炼胶20%（即每10车抽检2车）。
每班实际有效时间为404min，每班可生产99车。
每车母炼胶的比重测试时间为5秒，每班比重测试时间t=99*5/60=8.25min<404min,故只需1台比重测试仪（MAK/MH-200A）.每车门尼粘度时间为6min，每班门尼粘度测试时间t’=6*99*2/10=118.8min<404min,故只需1台门尼粘度计（JMN-Ⅲ门尼粘度仪）。
5.1.2对终炼胶的检测：
即采取硬度、密度、门尼粘度控制。
终炼胶的比重和硬度项目因为单项投资小，测试速度快，可以进行逐车次检测，门尼粘度测试频次设置为终炼胶10%即可以满足控制要求。
每班实际有效时间为404min，终炼胶每班可生产156车。
每车终炼胶的比重测试时间为5秒，每班比重测试时间=156*5/60=13min<404min,故只需1台比重测试仪（MAK/MH-200A）。
每车终炼胶的硬度的测试时间为10秒，每班硬度测试时间=156*10/60=26min<404min,故只需1台硬度测试仪。
每车门尼粘度时间为6min，每班门尼粘度测试时间=6*156*1/10=93.6min<404min,故只需1台门尼粘度仪（JMN-Ⅲ门尼粘度仪）。
所以门尼粘度仪共1台，比重仪共1台，硬度计共1台。
5.2检测设备的选取
5.2.1门尼粘度仪
选用JMN-Ⅲ门尼粘度仪
JMN-Ⅲ门尼粘度仪可测定各种未硫化的天然橡胶、合成橡胶及再生橡胶的门尼粘度、焦烧时间和硫化指数。
一、特点与性能：
A:
用于测定生胶或混炼胶的粘度、焦烧及硫化指数等
B:
微机控制、数据显示、自动校准,是橡胶工业及科研单位理想的试验仪器..
C:
采用进口智能数字式温控仪表,调整设定简便,控温范围宽.
D:
使用最新原理采用“主机+计算机+打印机”结构.（图4-1），JMN-Ⅲ门尼粘度仪）
E:
采用计算机控制和接口板进行数据的采集、保存、处理和打印试验结果及曲线.
F:
软件平台可为Window 98/me/NT/XP等版本,可视化的图形软件窗口操作界面,使数字处理更加准确操作更简单、灵活、方便.
G:
可靠性高全面体现高度自动化特点
二、主要技术参数
1、测温范围：
0--200℃
2、测温精度：
≤±0.3℃
3、控制精度：
≤±0.3℃
4、温度分辩率：
0.1℃
5、力矩量程：
0—100 门尼值
6、标定精度：
100±0.5 门尼值
7、转子转速：
2±0.02 转/分
8、测量时间：
焦烧0—200分，粘度4，8，9…分 分辩率 1秒
9、环境温度：
0--35 ℃
10、相对湿度：
<80%
11、试验压力：
11.5kN ±0.5kN
12、供气压力：
0.45—0.6Mpa
13、电 源：
交流220V ±.5 3KVA
14、重 量：
约260kg
5.2.2电子比重仪/密度仪
橡胶固体比重計/密
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