第46卷 第15期
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作者简介：张萌（1996-），女， 青岛科技大学在读研究生，主要研究方向为高分子材料机械设计及理论。
收稿日期：2019-11-28
滤胶机是利用螺杆的推挤和输送作用把胶料或再生胶中的杂质清除掉的机械，其主要由螺杆、机筒、滤胶机头和传动装置等组成。滤胶机头上装有孔板及过滤网，孔板用于支承过滤网并作为排料口，其孔径为4~8 mm ，是沿胶料流动方向扩张的锥形孔，滤胶机螺杆长径比一般为5左右；传动装置主要是齿轮泵，齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵，其由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当齿轮转动时，齿轮脱开侧的空间的体积从小变大，形成真空，将液体吸入，齿轮啮合侧的空间的体积从大变小，而将液体挤入管路中去，吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的，齿轮泵的排出口的压力完全取决于泵出口处阻力的大小 [1~2]
。
但是目前滤胶机用的橡胶齿轮泵大多为单驱齿轮泵，在生产过程中两齿轮相互啮合，相互磨损，使用寿命降低，生产效率和胶料质量降低。因此，研发一种双驱动橡胶齿轮泵滤胶装置，避免齿轮的相互摩擦，减少齿轮的磨损[3] ，提高齿轮和齿轮泵的使用寿命，
很有科学和应用价值性，也具有良好的社会前景和应
用前景。
1 双驱橡胶齿轮泵的研制
1.1 双驱橡胶齿轮泵主体结构
双驱动橡胶齿轮泵滤胶装置的主体结构包括机架1、左电机底座 2、齿轮泵底座3、右电机底座4、左 双驱橡胶齿轮泵滤胶机研制及实验研究
张萌1，朱晓瑶2，韩德上1，边慧光
1*
，汪传生
1
(1.青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266042） 2.深圳市沃尔核材股份有限公司，广东 深圳 518118）
摘要：传统齿轮泵主要靠主动齿轮和从动齿轮的齿相互啮合传动长时间的使用后会出现较大的磨损，降低了生产效率和使用寿命。因此，我们研制了一种双驱动橡胶齿轮泵滤胶装置，减少齿轮间的磨损，提高齿轮和齿轮泵的使用寿命，同时，能够保证对橡胶胶料或塑料的良好泵送能力；其结构简单，能够对橡胶胶料或塑料进行有效的增压泵送。本文通过实验证明在经过双驱橡胶齿轮泵的过滤作用之后，胶料拉伸强度、撕裂强度及分散度分别提升了34.7%、21%、24.6%。
关键词：齿轮泵；双驱齿轮泵；降低磨损；寿命中图分类号：TQ330.43
文章编号：1009-797X(2020)15-0036-05
文献标识码：B DOI:10.13520/jki.rpte.2020.15.009
电机5、齿轮泵体6、进料口7、上齿轮轴8、下齿轮轴9、出料口10、右电机11和编码器12；矩形框架式结构的机架的上表面上依次设置有倒U 形结构的左电机底座、齿轮泵底座和右电机底座，机架分别与左电机底座、齿轮泵底座和右电机底座螺栓式连接，左电机底座的上表面设置有左电机，左电机底座与左电机螺栓式连接，齿轮泵底座的上表面设置有齿轮泵体，齿轮泵底座与齿轮泵体螺栓式连接，齿轮泵体的前侧面开设有圆形结构的进料口，齿轮泵体的内部上部设置有圆柱形结构的上齿轮轴，齿轮泵体的内部下部设置有圆柱形结构的下齿轮轴，上齿轮轴和下齿轮轴互相齿合连接，齿轮泵体的后侧面开设有圆形结构的出料口，右电机底座的上表面设置有右电机，左电机通过上齿轮轴与齿轮泵体机械传动式连接，左电机上与上齿轮轴接触的位置处设置有编码器，右电机通过下齿轮轴与齿轮泵体机械传动式连接，左 电机底座的高度大于齿轮泵底座的高度，齿轮泵底座的高度高于右电机底座的高度。
其中，机架、左电机底座、齿轮泵底座和右电机底座的材质均为不锈钢；左电机和右电机的结构相同，左电机和右电机为功率相同的变频调速式电机； 齿轮泵体是橡胶胶料或塑料被增压泵送的场所；进料口是
橡胶胶料或塑料进入齿轮泵体的通道；上齿轮轴和下齿轮轴的结构相同，上齿轮轴和下齿轮轴的表面均做渗氮硬化处理；出料口是橡胶胶料或塑料排出齿轮泵体的通道；编码器为绝对值型编码器，编码器12对左电机5的转速进行实时检测并上传至计算机。
1.2 齿轮泵体的工作原理
该双驱动橡胶齿轮泵滤胶装置在使用时，将双驱动橡胶齿轮泵滤胶装置与计算机连接，计算机对左电机的转速和右电机的转速进行实时控制；橡胶胶料或塑料从进料口进入齿轮泵体，左电机和右电机分别带动上齿轮轴和下齿轮轴转动，编码器实时检测左电机的转速并将转速反馈给计算机，计算机实时调节右电机的转速，使左电机的转速与右电机的转速相同，左电机与右电机同步运转并带动上齿轮轴和下齿轮轴同步运转对橡胶胶料或塑料进行增压泵送，将橡胶胶料或塑料从出料口注入后续加工设备。
通过编码器的电机转速检测功能和计算机的编辑控制功能控制左电机和右电机分别带动上齿轮轴和下齿轮轴以相同的速度转动，以使上齿轮轴和下齿轮轴的齿轮只发生齿合不发生相互接触，不产生相互的作用力，不存在相互摩擦作用，如图2所示，降低齿轮的磨损，减小了齿轮之间的齿合力，通过提高齿轮的使用寿命来延长齿轮泵体的寿命，同时，能够保证对橡胶胶料或塑料的良好泵送能力；其结构简单，能够对橡胶胶料或塑料进行有效的增压泵送，有效提高橡胶母胶的质量，实现橡胶的连续性生产，提高生产效率，使用环境友好，显著降低生产成本[4]。
2 实验研究
2.1 主要原料
橡胶，炭黑N330、硬脂酸SAD、防老
剂
图2 上齿轮轴和下齿轮轴的齿轮齿合状态放大示意图RD、增黏树脂、硫磺S、促进剂CZ均为市售工业级产品。
2.2 试验配方
试验配方如表1所示。
表1 试验配方
成分质量份成分质量份
橡胶100硬脂酸2
炭黑N33060防老剂RD2
增黏树脂5促进剂CZ2
ZnO3硫磺S8
2.3 主要设备和仪器
MM4130C型无转子流变仪：高铁科技股份有限公司；RPA2000型橡胶动态加工分析仪：美国阿尔法公司[5]；0.3L型密炼机：青岛科技大学；SK-168型开炼机：上海双翼橡胶机械厂QLB-400X400X2型平板硫化机：青岛亚东橡胶机械厂；TS2005b型拉力试
图1 主体结构原理示意图图
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验机：优肯科技股份有限公司；91001SR 分散度仪：美国阿尔法公司。
2.4 性能测试
使用高铁无转子流变仪MM4130C 按照标准GB/T 16584—1996进行硫化测试；磨耗性能按照GB/T 9867—1988进行测试；拉伸撕裂性能按照GB/T 528—1998进行测试；
邵尔硬度按照GB/T 531—1999进行测试；分散度实验按照ISO -11345进行测试。
2.5 实验步骤
(1) 混炼工艺：设定好密炼机各个参数，加入母胶及小料进行混炼，制得混炼胶；
(2) 根据不同组别实验要求，将混炼胶经过齿轮
泵过滤；
(3) 胶料经过齿轮泵后取样，进行胶料的分散度实验；
(4) 严格控制胶料经过开炼机的遍数，每组三次左右，避免开炼机对齿轮泵滤胶的影响；
(5) 硫化：将停放24 h 的胶料按照GB/T16584—1996进行无转子硫化测试，测得正硫化时间T 90。将混炼胶放置到硫化模具中进行硫化，硫化温度为150 ℃，硫化压力为10 MPa 。
2.6 实验数据
2.6.1 门尼黏度与硫化特性参数
表2 门尼黏度与硫化特性参数
性能
加工工艺1 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2
3.3门尼黏度[ML (1+4)100 ℃]
23.0324.5326.0126.8527.4828.4529.23T 10/min 1.39 1.41 1.40 1.43 1.47 1.39 1.36T 50/min 4.04 4.08 3.97 4.08 4.12 4.01 3.94T 90/min 11.5211.0610.9310.8810.9710.8210.68M L /dN .m 2.11 2.23 2.41 2.17 2.26 2.31 2.30M H /dN .m 30.2031.6431.3230.3031.3330.8031.39M H -M L /dN .m
28.0929.4128.9128.1329.07
28.4929.09性能
加工工艺4.1 4.2 4.3 5.1 5.2 5.3 6.1 6.2 6.3门尼黏度[ML (1+4)100 ℃]
31.1332.2334.0331.4333.7534.0134.6034.9435.26T 10/min 1.23 1.46 1.32 1.22 1.45 1.33 1.49 1.27 1.32T 50/min 3.59 4.10 3.93 3.33 4.14 3.85 4.22 3.65 3.79T 90/min 10.8910.7510.610.7410.5210.3910.4210.2610.03M L /dN .m 2.46 2.54 2.21 2.82 2.37 2.28 2.26 2.54 2.46M H /dN .m 32.4631.1631.5220.0330.4530.3630.9329.8030.16M H -M L /dN .m
30.00
28.62
29.31
17.2128.08
20.08
28.67
27.26
27.70
1：未过任何；2：孔板；3：孔板+20目+60目；4：孔板+20目+100目；5：孔板+20目+200目；6：孔板+20目+300目。
例如1：未过孔板与滤网，直接由机头挤出；2.1表示经过孔板且过滤一次；2.2表示经过孔板且过滤两次；2.3表示经过孔板且过滤三次。以此类推。
在对上述十六组胶料进行门尼黏度、硫化特性参数等的测试之后，我们由表2中数据可知，在同组别中，经过孔板与滤网的次数越多，胶料的门尼黏度数值越大，表明胶料的黏度增加，剪切力加大，更易得到更好的力学性能；在对不同组别数据对比后我们发现，高密度的滤网也会使得胶料门尼黏度增加，这说明滤网对于改善橡胶分子量具有一定影响。
T 90表示胶料的正硫化时间，由表中数据可知，在过滤次数增加或是滤网目数增加的条件下，胶料正硫
注：分组编号中，个位数表示组别，分别经过孔板和不同目数的滤网；十分位表示经过孔板与滤网的遍数。
化时间均变短，说明滤网能够有效的促进硫化剂与促进剂的分解，使得胶料尽早达到正硫化时间，达到最大的交联密度。图3、图4分别形象的展示了过滤次数与滤网目数对T 90
、门尼黏度的影响。
图3 T90测试数据
图4 门尼黏度
2.6.2 分散度
橡胶混合物中填料的分散程度是很重要的，因为某些物理性质，例如拉伸强度、滞后性和耐磨性会受到分散的影响。分散度仪通过在成分分散的化合物中，光从新切割的表面反射，显示出光滑无瑕疵的质地。不规则的成分的存在通过不规则显示，即凸起的“凸起”或凹形麻点，来表明成分混合的不完全。这些不规则性的大小和频率可以用于判断化合物的分散程度。ISO-11345中有详细的标准划分，简而言之，等级10表示分散状态接近最佳的物理性质，而等级1表示存在结构缺陷。
通过分散度实验结合表3数据，我们可以发现，过滤次数和滤网目数的增加都能使得分散度数值变大，这说明滤网对于胶料内部小料的分散具有促进作用，较密的滤网以及多次过滤能够使得小料分散更加均匀。
表3 分散度X值
未过一遍二遍三遍孔板7.77.87.99 20+60滤网7.77.88.19.2
20+100滤网7.77.88.29.3
20+200滤网7.78.18.69.4
20+300滤网7.78.68.99.6 2.6.3 物理性能
1：未过任何；2：孔板；3：孔板+20目+60目；4：孔板+20目+100目；5：孔板+20目+200目；6：孔板+20目+300目。
例如1：未过孔板与滤网，直接由机头挤出；2.1表示经过孔板且过滤一次；2.2表示经过孔板且过滤两次；2.3表示经过孔板且过滤三次。以此类推。
在进行硫化参数及分散度试验后，本文测试了胶料的基本物理性能，从表4试验数据中我们可以看出，随着过滤次数及滤网目数的增加，胶料的物理性能得到
表4 物理性能
测试项目
工艺方法
1 2.1 2.
2 2.
3 3.1 3.2 3.3
邵尔A氏硬度/度70.573.5767775.576.577.5拉伸强度/MPa13.2214.3515.5516.2114.9115.7416.43拉断伸长率/%199.29203.61213.31218.22208.13217.48227.11撕裂强度/(kN.m-1）50515356525457.5
测试项目
工艺方法
4.1 4.2 4.3
5.1 5.2 5.3
6.1 6.2 6.3
邵尔A氏硬度/度78.5798078798078.579.580.5拉伸强度/MPa15.7116.1616.9715.7816.6417.0115.9117.2317.82拉断伸长率/%218.56224.16231.37229.51231.56234.39231.09237.31242.39撕裂强度/(kN.m-1）53.55659555859.5545760.5 注：分组编号中，个位数表示组别，分别经过孔板和不同目数的滤网；十分位表示经过孔板与滤网的遍数。
提升，拉伸强度及撕裂强度均有不同幅度提升。可以证实过滤次数与滤网目数的增加的确可以提升胶料性能。
3 结论
（1）对双驱橡胶齿轮泵的齿轮进行分析后可知，上下齿轮轴的齿轮只发生齿合不发生相互接触，不产生相互作用力，不存在摩擦磨损，可延长齿轮寿命，从而增长齿轮泵的寿命，生产效率提高，胶料质量变优。
（2）在对胶料进行硫化参数、分散度及物理性能的实验之后，由图5、图6和图7可知经过双驱
橡图5 分散度X值
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胶齿轮泵滤胶机的过滤作用，随着过滤次数及滤网目数的增加，胶料的分散度变好，拉伸强度和撕裂强度随着组别的进行得到不同程度提升，实验中最佳实验数据对胶料拉伸强度、撕裂强度及分散度分别提升了34.7%、21%、24.6%。参考文献
[1]
王大伟.一次燃机控制油系统齿轮泵改型及其分析[J].内燃机与配件，防老剂rd
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图6
拉伸强度
图7 撕裂强度
[2] 金进尧，王志飞，祖国强，等.齿轮泵式橡胶滤胶机滤板构型的有限元分析及优化[J].特种橡胶制品，2017,38(04):40~44.[3]
F n u R i t u r a j ,A n d r e a Va c c a ,M a r i o A n t o n i o M o r s e l l i. Modeling of manufacturing errors in external gear machines and experimental validation[J]. Mechanism and Machine Theory,2019,140.[4] 赵敏.一种双驱动橡胶齿轮泵滤胶装置[J].橡胶工业，2019,66(07):528.
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王贵一.RPA2000橡胶加工分析仪在橡胶研究中的应用[J].特种橡胶制品，2001(01):56~62.
Development and experimental research of dual-drive rubber gear pump
filter machine
Zhang Meng 1, Zhu Xiaoyao 2, Han Deshang 1, Bian Huiguang 1*, Wang Chuansheng 1
(1.Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, Shandong, China;2.Shenzhen Woer Heat-shrinkable Material Co. LTD., Shenzhen 518118, Guangdong, China)
Abstract: The traditional gear pump mainly relies on the meshing transmission of the driving gear and the driven gear, which will cause great wear after a long time of use, reducing the production efficiency and service life. Therefore, we have developed a dual-drive rubber gear pump filter device to reduce wear between gears and increase the service life of gears and gear pumps. At the same time, it can ensure good pumping capacity for rubber compounds or plastics. It has a simple structure and can effectively pump up rubber compounds or plastics. This paper proves through experiments that after the filtering effect of the dual-drive rubber gear pump, the tensile strength, tear strength and dispersion of the rubber compounds were increased by 34.7%, 21% and 24.6%, respectively.
Key words: gear pump; dual- drive gear pump; wear reduction; life
(R-11)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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