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朱明艳
(江苏中宏环保科技有限公司，江苏 江阴 214400)
再生胶的主要反应过程叫“脱硫”或者再生。影响硫化胶再生的主要因素有机械力、热氧化、软化剂和再生活化剂四个方面。其中软化剂对橡胶起溶胀作用，使网状结构松弛，从而增加了氧化渗透作用，有利于网状结构的氧化断裂，并能降低重新结构化的可能性，加快了再生过程。再生活化剂在再生过程中能分解出自由基，可加速热氧化速度或起自由基接受体的作用，来稳定热氧化生成的橡胶自由基，阻止他们他们再度结合。同时再生活化剂还能引发双硫键和多硫键的降解，提高硫化胶再生时交联的破坏程度，从而达到尽快再生的目的。再生活化剂可以大幅度缩短再生时间，减少软化剂用量，并改善再生胶工艺加工性能和质量。因此软化剂和再生活化剂是再生胶配方中不可或缺的原料。再生活化剂需要经过加热成流态。在加热过程中出现积碳、搅拌不均匀等问题。
本文主要内容是设计一套用于再生胶助剂软化、混合的设备。从产品开发、方案设计、技术设计和产品验证等过程，介绍一种用于再生助剂软化、混合的设备。
1.1 供油设备开发任务书
收集设备运行过程中，影响设备稳定、连续运行、低能耗生产的存在的一些问题。软化剂加热到熔融状态时加入再生活化剂，主要存在再生助剂外表面形成气泡体引起混合效果差；
油罐底部结碳，引起加热效率降低，操作工人维护周期短，维修困难；
再生助剂加热过程中出现的积碳现象。基于以上问题 ，公司下达开发任务书——一种可以解决以上问题的多功能供料设备。
1.2 方案设计
方案设计流程图如图1所示，一个产品的方案设计的实施，可以划分为工艺流程、功能划分、部件设计、仿真分析、方案评审等过程。
图1 方案设流程图
依据收集到的问题，研讨多功能供料设备的工艺流程，进行功能划分。初步进行设备的部件结构设计。多功能供料设备外形图如图2所示。多功能供料设备主要有加热管路、混合搅拌油罐、导热油加热等部分组成。
图2 多功能供料设备外形图
1.2.1 工艺流程
多功能供料设备工艺流程图如图三所示，再生助剂通过加热、搅拌作用快速变成液态，通过自动计量装置输送到胶粉仓进入下一道搅拌混合。依据生产线产能、再生助剂的品种及数量以及与产线其他设备的连接等因素，本设计设备选用四个混合搅拌罐。
根据工艺流程，我们知道再生助剂的关键功能是加热和搅拌。加热分为油温机和加热管路设计两个部分，主要实现降低能耗、提高热效率两个功能。
加热方式选择：综合考虑加热方式、加热结构、生产成本等因素，加热方式选择导热油加热、夹套结构。
导热油加热主要根据再生助剂加热温差、产量等选择油温机型号。
图3 工艺流程图
1.2.2 导热油加热
（1）加热形式选择油温机加热，媒介为导热油
导热油在几乎常压的条件下，可获得较高的传热温度；
温度波动小，便于控制；
油箱容积较小，减少了系统的初投资和运行维护费用等优点，因此本设备选用导热油加热。
（2）导热油管路设计
根据导热油容积、再生助剂的容积、加热温度、加热时间等选择油温机型号。油温机加热采用两个加热模块，可单独控制，实现加热和保温功能，降低能耗。
导热油管路主要输送导热油，实现再生助剂受热快速、均匀的目标。为了使导热油流速均匀、提高再生助剂的加热效率进行油路流向及管径的设计。依据最终的管路流速、扬程、管路压损等选择合适的循环泵。
1.3 混合油罐设计
为了再生助剂可以更好的混合、加热，本设计的关键是搅拌轴的设计。主要包括搅拌轴设计、减速电机选型、结构设计等。
1.3.1 传动装置
为提高同轴度及密封效果。传动装置采用反应罐支架、减速电机，反应罐支架、减速电机与搅拌轴均通过中心定位法兰连接。反应罐支架内含油封，保证轴的密封效果。
1.3.2 搅拌叶片形式选择三层两叶浆式搅拌器
为了使两到三种再生助剂可以混合均匀、悬浮在上面，解决油罐内部积碳问题。再生助剂油罐体焊接旋转切刀，打散粉体与液体结合形成的小气泡，加快再生助剂混合速度。改善添加剂混合均匀性，提高胶粉脱硫再生效果。降低加热能耗。
通过flowsimulation仿真分析流体轨迹如图4所示，从再生助剂立面和平面的流动轨迹，我们可以看到流体整体旋转向上，流体悬浮在罐体上部，避免底部发生积碳。
图4 流体轨迹图
结构形式的设计，搅拌轴底部位于罐体内部，容易出现轴承卡滞，轴承寿命段等问题。因此搅拌轴与罐体的固定形式设计为上部铜套，下部定位轴的结构形式。一是搅拌轴两端固定，避免旋转过程中引起振动；
二是减少杂质进入铜套，提高铜套使用寿命；
三是方便安装，提高工作效率。
1.3.3 溢油结构与罐体焊接为一体
再生助剂加热过程中，由于再生助剂受潮会出现泡沫状气泡，引起溢油现象。溢油结构与罐体焊接为一体，当出现溢油时，再生助剂直接进入溢油接盘后流入收集桶，解决油罐外表面有溢油而影响美观和车间环境污染的问题。
接油盘与罐体焊接为一体，在吊装过程中，提高罐体强度。防止起吊过程中，罩壳变形。
技术设计阶段主要依据方案设计参数、结构进行强度校核、零件选材、设备安全可靠运行优化设备结构、绘制图纸、编制技术文件等工作。设计流程图如图5所示。
图5 设计流程图
技术设计的关键点如下：
2.1 管路设计
安全排放指在系统发生超压时，可通过安全阀自动液压。依据导热油系统流向，确定安全阀安装位置。
稳压管路是在系统需要调整各支路导热油供油量，保证系统各路导热油流速为2 m/s，各支路上有流量调节阀，来控制各支路流速。各支路回路最终回到主路回油系统，防止支路压力过大引起安全事故。
2.2 罐体设计
2.2.1 起吊点
依据罐体外形、重量设置起吊点及起吊位置。在罐体起吊受力点做加强设计，防止起吊过程中罐体变形。
2.2.2 罐体厚度选择
通过静应力分析，选择安全厚度。从加工便利性对罐体结构设计。
2.3 搅拌轴设计
一是通过simulation仿真分析关键受力部件，从下图可以看出搅拌轴和搅拌叶片满足强度要求。二是从维修成本考虑搅拌轴的结构设计，搅拌轴与叶片通过销轴链接，易更换。叶片变形，无需更换搅拌轴，降低成本。
2.3.1 搅拌轴simulation结构强度分析
轴两端固定，扭矩主要通过销轴传递到三个空位，通过simulation仿真分析，优化轴径和管的厚度。从搅拌轴应力图如图6所示可以看出，最大压力小于屈服应力，强度满足要求。
图6 搅拌轴应力图
2.3.2 搅拌叶片simulation结构强度
销轴固定，扭距作用在桨叶上，依据Flows imulation仿真分析扭矩值，通过simulation分析，优化叶片厚度，最终应力值如图7搅拌叶片的应力图所示，最大应力小于屈服应力，满足强度要求。
图7 搅拌叶片应力图
产品验证主要包括样机试制、调试样机、产线连续运行。具体如上图。
图8 产品验证流程图
样机试制过程中的重点要求：
（1）加工公差、粗糙度符合设计要求；
油罐体焊接后，密封性带压试水检验。
（2）安装保证搅拌轴同轴度。
（3）调试过程记录加热时间、搅拌电流及运行过程中的其它问题及时反馈技术部形成书面记录、分析文件。
（4）产线一个月连续运行，记录开始加热时间、中间添料加热时间。连续一个月运行能耗。设备连续运行的其他问题及时反馈技术部形成书面记录、分析文件。
本文通过简单介绍一种新产品的开发流程，完成多功能供料设备的研发设计。多功能供料设备已经被应用到多条生产线，解决了再生助剂在加热、搅拌过程中积碳问题以及溢油问题并且降低能耗、降低再生制品成本。
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