姜志平
(青岛橡胶集团有限责任公司机动处，山东 青岛 266041)
摘要：通过对青岛橡胶集团有限责任公司近 20 年来断裂的 9 根辊筒进行实例分析，总结出辊筒断裂主要原因是：铸造加
工缺陷、辊筒内外温差过大、操作不当等。建议在今后的使用中除对辊筒本身的质量要严格要求外，还要注意控制内外温差 及精心维护、正确使用。
关键词：开炼机；辊筒；断裂 中图分类号：TQ330.43
文献标识码：B
文章编号：1009-797X(2002)11-0039-05
强度下降从而断裂的真正原因。
开炼机辊筒的断裂是橡胶机械事故中比较重大
的，一般不会经常发生。但我公司在近20年中，先 后有9根辊筒断裂。为避免今后继续发生类似的辊 筒断裂事故，将9根辊筒断裂的实际情况进行介绍 和分析。
2 2.1 Ф 560开炼机后辊筒断裂
此Ф 560 开炼机于 1982 年开始使用，至 1985 年断裂只用了 2 年多，并且平时利用率较低。 2.2 断辊时的设备现场状况
1 22″开炼机前辊筒断裂
1.1 设备基本情况
此开炼机是 1938 年由日本生产的，1940 年开 始使用，到 1985 年辊筒断裂时已用了 45 年。 1.2 断辊时的设备现场状况
1985 年 1 月，操作工在正常加料时，突然发生 断裂。断裂位置如图1 所示，为横向断裂。断面情 况如图 2 所示，从辊筒断面情况看，辊筒中空内腔 有一条宽约 100mm 、深 50~60mm 的径向深沟，现 场检查发现沟内有一些杂物。
图2 22″开炼机前辊内腔深沟示意图
1985年1月，操作工在加料时，突然发生断裂。
当时所炼胶料为普通胶料，所压胶片厚度工艺要求 在 4~5mm ，但现场实测胶片厚度为 1.4mm 。断裂 位置如图 3 所示，呈横向断裂。从断面情况看：整 个断面平齐，铸造的白口层较厚，达到80~100mm ， 大大超过规定技术要求。现场检查辊筒两边的安全 片都没破。
图1 22″开炼机前辊断裂位置
1.3 原因分析
根据辊筒断裂位置和方向及断面情况分析，辊 筒内腔由杂物长期摩擦所形成的深沟是造成辊筒
作者简介：姜志平(1963-)，男，1983年毕业于青岛化工学院机
械系，主要从事设备管理工作，已发表论文 3 篇。
收稿日期：2001-07-05
pe附着力促进剂图3 Ф560开炼机后辊断裂位置示意
图
2002 年
第
28
第39
橡塑技术与装备CHINA RUBBER/PLAS TIC S TE CHNOLOGY EQUIPMENT
时，前辊筒工作面水头端的端边与后辊筒工作面水
头端的端边相抗，形成了一个以辊筒工作面水头端
端边为支点，两调距装置为作用点的杠杆作用系
统，如图6 所示。这样当传动端调距使很小力时，
由于杠杆原理，辊筒抗点处受力很大，其大小计算
如下。
2.3原因分析
辊筒断裂的主要原因有两个：一是辊筒铸造的
点火白口层较厚，脆性较大；二是所压胶片的厚度较
性断裂。
3Φ550B开炼机前辊筒断裂
3.1 设备基本情况
此Φ550B 开炼机于1991 年开始使用，到1993
年断裂用了2 年，与断辊相关的是电动调距装置。
3.2断辊时的设备现场状况
1993 年6月，操作工下料后在空车状态下开
始调距，先调水头端，再调传动端，调的过程中
突然
听到辊筒断裂声，辊筒断裂。断裂位置如图4所示，
断裂是从辊筒工作面与轴径的轴肩台阶处开始的。
从现场检查发现设备存在如下问题：①在前后辊筒
工作面的水头端端边处，两辊筒都有明显的相互间
摩擦相抗的痕迹；②水头端的调距，从位置上看已
经过了正常的调距位置，如图5 所示，机架上的调
距限位开关已不好用，不能限制前辊筒水头端的轴
承座向后辊方向移动，调距过量；③传动端的安全
片在这之前早已经破碎(从现场检查调距的位置可
图6 Ф550B开炼机辊筒两辊相抗示意图
如图7 所示，计算辊筒断裂时C 点所受的力。
小家电控制板
图4 Ф550B开炼机前辊筒断裂位置示意
图图7 Ф550B开炼机辊筒受力分析示意图
根据铸铁辊筒的疲劳极限σ=1 400kg/cm2计
-1
算，辊筒断裂的极限弯矩：
M = W ×σ
弯
W —抗弯断面系数；
偏振式3d-1
W=0.1D3[1－(d/D)4]
W=0.1×353×[1－(12/35)4]=4 227
M =1 400×4 227=5 917 800 kg
弯
当C 点达到断裂的极限弯矩时，P 的作用力应图5 Ф550B开炼机调距限位开关示意图
3.3原因分析
由于水头端调距过量，当传动端调距向里移动
2
当为：
P =M /(150+25)=5 917 800/175=33 816kg
2 弯
第40第28第11
姜志平. 开炼机辊筒断裂实例分析从计算结果看，只要调距力达到33.9t以上，
辊
筒就会断裂，这是理论计算。实际上在辊筒断裂处
还可能存在铸造、加工和应力集中等内在问题，再
加上辊筒相抗时摩擦产生的撞击，因此即使调距力
小于33.9t也会造成辊筒断裂。
提高3℃(压“TVE”胶料和压普通料差不多)；辊筒
表面温度：压“TVE”胶料时一般在85℃左右，压
普通胶料时一般在70℃左右。
4.3原因分析
根据辊筒现场的实际工作状况分析，辊筒断裂
的主要原因是：
(1)辊筒的温度应力是产生裂纹断裂的起因
从现场断辊时的状态看，辊筒所承受的横压力
和扭矩并不是压料工作中的最大状态，断辊时辊
筒都是半负荷。从断辊裂纹的方向也可以说明辊
筒断裂不是由于受横压力造成的。那么什么是辊
筒断裂的主要原因呢？我认为应是温度应力所致。
由于开炼机所压的“TVE”胶料较硬和较粘，辊筒
在压料过程中产生的热量较大，因此辊筒内外表
面的温度差就较大，比普通胶料温差高20%，这种
温差产生的温度应力使辊筒外部受压，内部受拉，
在辊筒的内部就形成了拉应力与弯矩产生的拉应
力相迭加。而这种拉应力极易造成辊筒产生内裂
纹，从而使辊筒的内部强度降低，造成断裂。
温度应力产生的拉应力，可以通过下式粗略计
算：
σ= α×E ×G ×ΔT/2(1 －ε)
式中：
α—线膨胀系数，铸铁α=1 ×10-5/℃
E —弹性模数，铸铁E=1.2 ×106 kg/cm2
ε—泊桑系数，铸铁ε=0.33
G —辊筒壁厚系数，在这里粗略算为1.12
ΔT —辊筒的内外温度差
代入公式得：
σ=1×10-5×1.2×106×1.12×ΔT/2(1－0.33)
=10 ΔT 从计算结果得出：温度应力的大小
是温差的
10 倍。如果温差按60℃计算，则温度应力为：σ
=10 ×60=600(kg/cm2)。虽然加上弯矩拉应力也小4Φ660开炼机前辊筒断裂
4.1 设备基本情况
1996 年7 月至1998 年5 月，先后有4 根Ф660
开炼机辊筒断裂(分别断在3台设备上)，此设备
是
配套密炼机压片用的，分别是1996 至1998年开始
使用的新设备。
4.2断辊时的设备现场状况
从辊筒断裂的现场情况看：4 根断裂辊筒都存
有如下一些共同处：①辊筒的断裂位置和方向基本
一致，如图8所示，断裂位置基本上是在辊筒中
部，方向是斜向伸向传动端，并有剥落和爆裂现
象；② 所压胶料都是全钢子午胎用的“TVE”胶
料，此胶
料不但硬度高，而且粘度也高，是公司最硬的胶
料；③辊筒断裂的时候，不是在满辊筒包胶的满负
荷状态，而是在下料到包一半或一少半胶的半负荷
状态时发生的，所压胶片的厚度一般在6~7mm 左
右；④断裂的辊筒都是前辊，且都是钻孔冷却式结
构；⑤辊筒断裂时，两边安全装置的安全片都没有
图8 Ф660开炼机辊筒断裂位置示意
图
由于所压的是较硬、较粘的“TVE”胶料，因
此与其他普通胶料相比，辊筒炼胶过程所产生的热
量较大，辊筒温度较高。现场测量如下：密炼机的
排料温度：压“TVE”胶料时一般在160℃左右，压
普通胶料时一般在140℃左右；Φ660 开炼机压片
时的胶料温度：压“TVE”胶料时一般在 110℃左
右，压普通胶料时一般在95℃左右；辊筒冷却进
水一般20℃左右，冷却水出水一般在23℃左右，
于铸铁的疲劳极限σ=1 400kg/cm ，但应力数值
-1
还是比较大的。
(2)辊筒的制造质量是产生断裂的内在因素
2
从这4 根辊筒的断裂方向和有些地方出现剥
落、爆裂以及受力不大等现象，分析断裂是由内裂
纹造成的。此断辊是钻孔辊筒，根据现在钻孔辊筒
的加工工艺，很难保证孔内不存在加工缺陷。加上2002 年第28第41
橡塑技术与装备CHINA RUBBER/PLAS TIC S TE CHNOLOGY EQUIPMENT
在制造加工缺陷，在辊筒长期使用中，由于所压胶
料是较硬、较粘的“TVE”胶料，受力较大，在轴
肩处形成了应力集中，使辊筒出现疲劳损伤，在操
作工加较硬的胶料时，造成辊筒断裂。
第二次断辊明显是由辊筒铸造质量缺陷所造
成。
温度差形成的拉应力较大和辊筒炼胶过程的交变应
力，钻孔处极易产生内裂纹，从而造成辊筒断裂。
从上述分析，我认为辊筒断裂的主要原因是由
于辊筒存在内部缺陷，再加上高温差产生的较大内
拉应力，造成辊筒内部产生内裂纹，形成应力集
设备防护箱中，从而向外扩展产生辊筒断裂。
6分析与总结
通过对公司20 年来9 根断裂辊筒的系统整理
分析，认为引起辊筒断裂的主要原因有如下3 点：
(1)铸造加工质量缺陷
铸造加工质量缺陷是造成辊筒断裂的重大隐患
之一。在这次断裂的9 根辊筒中，大多由于辊筒的
铸造加工缺陷所造成。这次断裂的辊筒中有2根就
是由于辊筒的白口层较厚，脆性过大造成的。另
外，在辊筒工作面与轴径的轴肩处易产生制造质
量问题。此处是应力集中处，是辊筒强度的薄弱环
节，从理论计算看，此处的强度足够。但是，这次
断裂的辊筒中就有2 根是从此处开始断的，这说
明，辊筒在此处的铸造和加工质量存在一定的问
题，在长期使用中问题就会表现出来，造成辊筒断
裂。而在钻孔冷却方式的辊筒中，钻孔产生的质量
缺陷造成的辊筒断裂，在这些断裂辊筒中占了4
根。虽然不能说是钻孔质量本身造成的辊筒断裂，
但冷却水的大温差可以使钻孔处产生内裂纹而造
成辊筒断裂。实际上此类开炼机中，中空冷却方式
的辊筒没发生过此类断裂。
(2)冷却水与胶料的温差过大从上面对断裂
的4根钻孔辊筒的原因分析，辊
筒的内外温差过大是产生辊筒断裂的一个内在因
素。从计算结果可以看出，温差产生的内应力大约
是温差本身值的10 倍，当所压胶料是较硬、较粘
的料时，产生的热量就特大，因此内应力就大，从
而易造成内裂纹，使辊筒断裂。
(3)操作使用不当实际上，造成辊筒断裂的另
一个主要原因是操
作使用问题。从这次断裂的这些辊筒中，在操作使
用上，主要表现在如下几方面：①加料的时候是最
易造成辊筒断裂的；②调距装置的不完好和调距
操作不当也是造成辊筒断裂的一个原因；③安全片
是防止辊筒断裂的安全措施，安全片必须可靠好用，5Φ550开炼机前辊筒连续二次断裂
5.1 设备基本情况
此开炼机于1993 年开始使用，至1998 年已使
用5 年。
5.2断辊时的设备现场状况
第一次断辊是1998 年10 月，操作工在正常加
料时，突然发生断裂，断裂位置如图9 所示，从辊
筒工作面与轴径的轴肩处开始断裂。现场设备所压
胶料是全钢子午胎用的较硬、较粘的“TVE”胶料，
胶片厚度为7mm，辊筒两边调距基本一致，辊筒冷
却形式为中空式。
图9 Ф550开炼机前辊筒断裂位置示意
图
第二次断辊是在更换了新辊筒后，在进行试车
压料时，刚一加料立即就发生了断裂。断裂位置如
图10 所示，呈横向断裂，从断口看断面平齐，断
面上的铸造白口层厚度达到65mm，并且在白口层
和灰口层之间存在明显的厚度为20~30mm 的铸造
疏松缺陷。
图10 Ф550开炼机前辊筒断裂位置示意图
5.3原因分析
第一次断辊，从设备的使用上分析，设备使用
正常。从辊筒断面状况分析，认为辊筒在轴肩处存
第42第28第11
姜志平 . 开炼机辊筒断裂实例分析
调距顶断的那根辊筒就是安全片早已破裂而没有发 现更换所致。 通过对以上主要原因的分析，我认
为解决辊筒
断裂事故的具体措施主要有3个：①希望各辊筒制 造厂家，能够制造出性能更好、铸造加工质量更高 的开炼机辊筒，以更好满足当前炼胶生产工艺条件 下，特别是压高硬度、高粘度胶料情况下的生产需 求；②要想解决温差大造成辊筒断裂的问题，就要 减少辊筒内外温差。胶料温度是炼胶过程产生的，
也是由工艺配方所决定的，不是设备解决的问题。
至于冷却水温度，我公司使用的冷却水温度春季一 般在 20~25℃，炼胶过程中，进水与回水温差一般
在 3℃左右，是正常的。从辊筒冷却原理上讲，只 要有 3℃以上的温差，就说明冷却效果正常。因此 可适当提高冷却水的温度，以减少辊筒的内外温差 应力，从而防止辊筒内外温差过大造成辊筒断裂； ③加强职工教育，对设备要精心维护和正确使用， 保证设备正常运行。
Sample analysis on cracked roll of open mill
Jiang Zhi-ping
(Qingdao rubber group co. ltd., Qingdao 266041, Shandong, Chi na)
Abstract ：Havin g practi cal analyzed the 9 pcs. cracked roller within 20 years, fon d out the main reasons of : cast processing defect, large gap of in n er and out roller temperature, operation is ou t of order. Key words ：open mi ll ; roller; crack
(XS-03)
(上接第 22 页) 硬脂酸
氧化锌 硫磺
2.6 并用法
化学法清洗种类较多，它可以免除物理法清洗
所需配备相关设备的增加和维护，具有较好的发 展前途，随着化学清洗剂不断改进和增新，其对生 产效率，制品外观质量提高作用将不断增强。 参
考文献：
1.0 5.0 0.3
[1] [2] 蔡剑秋.中国化工产品大全. 化学工业出版社，1994，(7).449-916. 梁星宇，周木英. 橡胶工业手册(修订版)第三分册. 配方与橡胶工 艺.化学工业出版社，1994，(7)52-461.
潘振环. 轮胎模具污染物的清洗.轮胎工业，1999，19卷：186- 187.
(XS-04)
综合以上几种方法，在一定压力、温度条件下， 我们可以对无机、有机混合污染物采取物理、化学 综合多次处理，以达到彻底地清洗效果。 [3]
3 结语
丰橡胶公司占 5% 。
到目前为止，韩国的韩泰、锦湖，印尼的佳通 等全球比较知名的轮胎企业都在中国沿海地区设 立了合资企业并保持稳定的业务增长。到目前为 止，国家重点汽车轮胎企业一半已合资，全国已有 合资、外商独资企业 40 多家，产量占到我国轮胎 总产量的 35%，子午线轮胎的比例高达 64%。
本刊摘编自《塑胶商情》，2002，(1216)，112
(XS-01)
日本住友橡胶将在江苏建轮胎公司
据报道，日前，在全球轮胎企业中排名第 5 的 日本住友橡胶公司宣布，将在江苏成立两家公司， 一家取名为住友橡胶(常熟)有限公司。一家暂定为 住友橡胶(苏州)有限公司。两家公司将于2004年投 入生产，日产量可能在5 000 ~6 000条左右。
据了解，住友此次投资额约为6 000万美元，出 资比例为：日本住友橡胶公司占 95%，华
2002 年
第
28第43
二次沉淀池
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