ШИНЫ. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРОИЗВОДСТВА

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Одним из основных направлений научно-технического прогресса в шинной промышленности является интенсифи­кация и снижение трудоемкости процесса приготовления ре­зиновых смесей с одновременным повышением их качества. Существуют разные пути интенсификации производства ре­зиновых смесей и повышения производительности оборудо­вания: увеличение единичной мощности технологических линий; переход на линии непрерывного смешения; совершен­ствование геометрии рабочих органов роторных резиносме­сителей и дорабатывающих червячных машин; повышение частоты вращения роторов смесителей периодического дей­ствия [14].

На ОАО «Нижнекамскшина» одним из основных путей интенсификации производства резиновых смесей является использование смесительного оборудования большой еди­ничной мощности. Очевидно, что увеличение объема смеси­тельной камеры резиносмесителя должно привести к росту производительности оборудования и повышению эффектив­ности капиталовложений. Однако неясным остается вопрос

О качестве резиновых смесей и резин из них, полученных с использованием резиносмесителей с большим объемом сме­сительной камеры.

Завод грузовых шин ОАО «Нижнекамскшина» помимо отечественных резиносмесителей с емкостью смесительной камеры 250 литров оснащен 620- литровыми резиносмесите - лями фирмы «Саймон-Карвз». К настоящему времени накоп­лен огромный статистический материал по качеству резино­вых смесей, выпускаемых на столь различном по мощности смесительном оборудовании, а также свойствами резин на их основе. Сопоставительный анализ был проведен на протек­торных, каркасных резиновых смесях и смесях для боковин покрышки 260-508Р, выпускаемой в массовом порядке для автомобиля «КАМАЗ» [380].

Корректировка рецептур смесей в связи с их выпуском на 620-литровых резиносмесителях была незначительной и заключалась в 10 %-ном уменьшении доли каучука СКИ-3 I - группы и соответственном увеличении доли каучуков СКД и СКМС-ЗОАРКМ-15 (протекторная смесь и смесь для боко­вин). Кроме того, несколько уменьшилась дозировка серы и сульфенамида Ц. В связи с большой жесткостью протектор­ных смесей дозировка мягчителя - масла ПН-бш - увеличи­лась с 15 до 17-18 масс, частей, а в случае каркасной смеси с

4,0 до 5,5 масс, частей.

Режимы изготовления резиновых смесей на импортном и отечественном оборудовании довольно сильно отличаются (таблица 4.1).

Главное отличие заключается в более высоких скоростях

I стадии смешения на импортном оборудовании и значитель­ном сокращении общего цикла при его использовании.

На рис. 48, 49 приведены данные статистического анали­за качества смесей, изготовленных на разном типе оборудова­ния, и резин из них. Значения оценок математического ожи­дания и дисперсии показателя рассчитывались по месяцам.

Количество анализируемых заправок в месяц колебалось от сотен до нескольких тысяч. По этой причине можно гово­рить о высокой степени достоверности полученных данных.

Анализ представленных данных позволяет сделать ряд выводов. Во-первых, смеси, полученные на импортном сме­сителе, несмотря на увеличение дозировки мягчителя, имеют пониженную пластичность. Во-вторых, напряжение при 300% удлинении протекторной резины, полученной из смеси изго­товленной на 250-литровом смесителе, в среднем на 10% выше, а разброс по данному показателю значительно ниже чем у про­текторных резин из смесей, изготовленных на резиносмеси - теле большой единичной мощности. Подобный вывод можно сделать для протекторных и каркасных резин и по условной прочности при растяжении.

Таким образом, можно сделать общий вывод о предпоч­тительном изготовлении резиновых смесей на отечественном оборудовании, если в качестве критерия оценки работы раз­ного типа смесительного оборудования принять пластические свойства смесей и механо - деформационные характеристики резин.

Статистический анализ уровня первичного и окончатель­ного брака по резиновым смесям, изготовленным на разном

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Рис. 48. Зависимость свойств протекторных резин и резино­вых смесей от месяца выпуска: (--смесь выпущена на 620- литровом резиносмесителе; °-на 250-литровом)

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Рис. 49. Зависимость свойств каркасных резин и резиновых смесей от месяца выпуска: (»-смесь выпущена на 620-литро­вом резиносмесителе; °-на 250-литровом)

Оборудовании, привел к следующим результатам. Первичный брак смесей изготовленных на отечественном оборудовании составляет 1,8%, а на импортном - 2,58%. Уровень окончатель­ного брака лежит в пределах 0,04% и мало зависит от типа обо­рудования.

Одной из причин, влияющей на стабильность показателей качества смесей и резин, является частая смена заводов-постав - щиков технического углерода. Смена завода-поставщика про­исходит на объединении каждые 3-4 дня и в редком случае каждую неделю. Такая смена приводит к частой корректировке рецептуры и, как следствие из этого, к существенному отли­чию свойств смесей и резин. Подтверждением этого являются результаты, приведенные в таблице 4.2.

Представленный выше материал позволяет сделать следу­ющие выводы по изготовлению резиновых смесей на больших резиносмесителях.

1. Резиновые смеси, изготовленные на импортном смеси­тельном оборудовании большой единичной мощности, и рези­ны на их основе уступают по целому ряду важных показателей аналогичным смесям и резинам, полученным на отечественном оборудовании. Кроме того, сами показатели характеризуются большей величиной разброса.

2. С целью повышения пластоэластических свойств сме­сей, полученных на 620-литровых смесителях, и их однород­ности, необходимо провести оптимизацию режимов их изго­товления в части использования ремилинга и трехстадийных режимов изготовления смесей.

Для оптимизации резиносмешения на больших резиносме­сителях режим смешения отрабатывали в ручном режиме с вво­дом жидких мягчителей при температуре 90-100 °С и выгрузке маточной смеси при температуре 145-158 °С. Продолжитель­ность смешения с техуглеродом составила 20 с, с жидкими мягчителями - 30-35 с. В режим смешения была введена до­полнительная операция «поднятие верхнего затвора» перед вво­дом жидких мягчите л ей. Это увеличило продолжительность смешения на 5-10 с, но снизило брак резиновых смесей. При введении операции встряхивания верхнего затвора техуглерод, который ранее перетекал на верхнюю часть затвора из горло­вины загрузочной воронки в начале цикла смешения или про­сыпался с вибропитателя, попадает в смесительную камеру. Ос­новное же назначение операции встряхивания - снижение ин­тенсивности теплового воздействия на смесь, поскольку вра­щающиеся роторы, выталкивая ее в горловину, снижают разви­ваемую электродвигателем смесителя мощность и темпы роста температуры смеси. Кроме того, вытеснение смеси в горлови­ну способствует ее усреднению по объему.

Для второй стадии смешения был отработан режим, при котором ингредиенты вулканизующей группы и модификатор РУ смешивались с маточной смесью под давлением верхнего затвора в течение 35-45 с.

Увеличение количества «нестандартных» заправок, имею­щих неоднородную по массе температуру, заставило нас перей­ти на контроль смешения по температуре смеси и продолжи­тельности смешения.

Из-за увеличения объема изготавливаемой резиновой смеси и скорости ее обработки при эксплуатации резиносмесителей большой единичной мощности возникает проблема отвода по­вышенного количества выделяющегося тепла. Мы рекоменду­ем для удаления избыточного тепла снижать температуру ох­лаждающей воды до температуры 8-10 °С или увеличить пода­чу воды в единицу времени в 1,5 раза. Кроме того, в процессе отработки теплового режима резиносмесителей Р-620 и Р-270 выбраны оптимальные температуры для смесительной камеры, роторов и нижнего затвора, составляющие 30, 40, 20-30 °С со­ответственно.

 

Как было отмечено ранее, резиносмесители большой единичной мощности, в частности Р-620, характеризуют­ся низким пластицирующим эффектом. Это потребовало проведения комплекса работ по отработке рецептуры ре­зиновых смесей, использующих изопреновые каучуки. Анализ полученных данных показал, что наилучшие тех­нологические свойства резиновых смесей достигаются при использовании каучука СКИ-3 II группы с пластичностью

0, 38 уел. ед. и выше. Так как объем поставок СКИ-3 II груп­пы ограничен, то в случае его отсутствия в рецептуре уве­личивается содержание мягчительной группы, хотя это и привело к некоторому снижению прочностных показате­лей резин. Принимаемая в настоящее время дозировка жид­ких мягчителей по смесям, выпускаемым на отечествен­ных и импортных резиносмесителях, представлена в таб­лице 4.3.

Таблица 4.3. Дозировка жидких мягчителей на

ОАО “Нижнекамскшина” ______________

Назначение резиновых смесей.

Дозировка жидких мягчителей (ПН-бш), м. ч.

Р/смеситель 250-40

Р/смеситель Р-620

Протектор шин, размер

260-508Р

14

16-17

Боковина шин, размер

260-508Р

9

10-11

Каркас шин, размер

260-508Р

4

7,5

Следует обратить внимание на большой расход масла ПН - 6ш в процессах смешения, осуществляемых на резиносмесите­лях большой единичной мощности. В условиях дефицита этого мягчителя был найден эквивалентный по пластицирующему действию дешевый заменитель на основе кубового остатка про­цесса ректификации этилбензола [129].

Было замечено влияние величины загрузки камеры ре- зиносмесителя на стабильность свойств протекторной рези­новой смеси. Варьирование объема загрузки от 480 л до мак­симально возможной (550 л) при прямом и обратном поряд­ке загрузки ингредиентов показало, что наилучшее качество смешения протекторных смесей достигается при увеличении загрузки резиносмесителя с 480 до 530 л.

Протекторные смеси шин размера 260-508Р на объеди­нении готовят в три стадии на импортном оборудовании большой единичной мощности. Выяснилось, что для обес­печения удовлетворительных технологических свойств тре­буется повышение дозировки жидких мягчителей с 7,0 до 10 м. ч. При двухстадийном же режиме дозировка жидких мягчителей составляет 16-17 м. ч. (табл. 4.3). В целом, рези­новые смеси, изготовляемые в три стадии, превосходят двухстадийные по уровню условной прочности при разры­ве и пластичности, что объясняется повышенной степенью диспергирования техуглерода при ремилинге маточной смеси.

При освоении процесса изготовления маточных смесей с использованием автоматизированного технологического комплекса (АТК-1) на базе отечественного 620-литрового ре­зиносмесителя был отмечен более высокий пластицирующий эффект смесительного оборудования по сравнению с импор­тной линией. Доработка смеси после резиносмесителя осу­ществлялась на резиносмесителе непрерывного действия РСНД 530/660 типа «Трансфермикс». В связи со значитель­ным дорабатывающим эффектом РСНД на объединении была снижена дозировка мягчителей (табл.4.4).

Дозировка жидких мягчителей

Назначение резиновых смесей.

Дозировка жидких мягчителей (ПН-бш), м. ч.

На АТК-1

Р/смеситель F-620

Протектор шин, размер 260-508Р

12,0

17,0

Боковина шин, размер 260-508Р

7,0

10,0

Каркас шин, размер 260-508Р

4,5

7,5

Опыт эксплуатации технологических линий производства маточных резиновых смесей на базе оборудования большой еди­ничной мощности показал преимущества дорабатывающих чер­вячных машин непрерывного действия типа «Трансфермикс» по гомогенизирующему и диспергирующему действию перед экст­рудерами и вальцами. При сравнении статистических данных по физико-механическим показателям резиновых смесей, произво­димых на отечественном резиносмесителе 250-40 и АТК-1, су­щественной разницы не наблюдается (табл. 4.5,4.6) [381].

Таблица 4.5.

Статистический обсчет показателей резиновых смесей

Для обкладки каркаса радиальных грузовых шин

Условная

Тип

Шифр

Прочность

Относи­

Пластич­

Р/сме­

Резино­

Езоо, МПа

При

Тельное

Ность

Сителя

Вой

Смеси

Растяже­нии. МПа

Удлинение,

%

Med

О

Med

А

Med

А

Med гг

РС-250

2НК-604

9,90

0,86

23,4

1,07

557

27

0,38 0,02

Р-620

2НК-644

10,15

0,98

23,7

1,21

541

28

0,40 0,02

РС-620

2НК-621

10,1

0,85

22,8

1,13

560

28

0,40 0,026

(АТК-П

Нормы

Контро­

10, 4±2,5

23±2,5

575±100

0,38+0,06

Ля

Таблица 4.6.

Статистический обсчет показателей протекторных

Резиновых смесей радиальных грузовых шин

Тип

Р/сме­

Сителя

Шифр

Резино­

Вой

Смеси

Езоо, МПа

Условная прочность при растяже­нии. МПа

Относи­

Тельное

Удлинение,

%

Пластич­

Ность

Мес!

А

Мес1

Гг

Мес1

Гг

Мес1

<7

РС-250

4НК-700

7,5

0,39

19,4

1,05

582

25,1

0,36

0,019

Р-620

4НК-755

7,9

0,48

20,1

1,15

562

32,0

0,355

0,02

РС-620

4НК-730

8,0

0,61

18,6

0,56

547

22,5

0,35

0,024

ГАТК-П

Нормы

Не менее

Контро­

9,0+2

17,0

550±100

0,35±0,05

Ля

В ходе изготовления высокомодульных резин было обна­ружено, что даже трехстадийный процесс и увеличенная дози­ровка мягчителей не всегда обеспечивают его стабильность. В частности, наблюдается срыв головок грануляторов или отказ гранулятора из-за возрастания нагрузки на двигатель. При этом технологические свойства получаемых резиновых смесей и ка­чества вулканизатов на их основе недостаточно велики.

В результате освоения смесительного оборудования боль­шой единичной мощности отмечены соответствие свойств ре­зиновых смесей, выпускаемых на АТК-1 и резиносмесителе емкостью 250 л, и меньший пластицирующий эффект резинос - месителей Р-620. Корректировка рецептуры резиновых смесей, отработка режимов смешения и тепловых режимов конструк­тивных элементов смесителя позволяют обеспечить удовлет­ворительные технологические свойства резиновых смесей (за исключением высокомодульных резиновых смесей) и хороший уровень физико-механических показателей резин при стабиль­ной работе оборудования.

Одним из основных направлений повышения эффектив­ности технологического процесса резиносмешения, особен­но на резиносмесителях большой единичной мощности, яв­ляется совершенствование методов его контроля и управле­ния с учетом фактически реализуемых производственных ус­ловий.

В отечественной шинной промышленности до сих пор при резиносмешении наиболее широко используется способ управ­ления процессом по его продолжительности и температуре из­готавливаемой смеси. В этом случае возможности оптимиза­ции и интенсификации процесса ограничены нестабильностью характеристик исходного сырья и параметров теплоносителей, а также значительной погрешностью измерения температуры изготавливаемой смеси [382]. Существуют более перспектив­ные способы ведения процесса смешения путем оптимизации частотно-временной функции вращения роторов резиносмеси - теля с ограничением на температуру смеси и регулированием режимов охлаждения оборудования. Однако эти способы тре­буют существенных затрат на модернизацию уже существую­щего оборудования и создания специальных терморегулирую­щих станций.

Повышение эффективности процесса на уже существующем оборудовании может быть достигнуто организацией его управ­ления по энергозатратам [383]. Этот способ широко применя­ется за рубежом [384,385], так как характеризуется высокой про­изводительностью оборудования и стабильностью резиносме­шения. Тем не менее, и этот способ имеет ряд существенных недостатков: отсутствует учет динамики энергозатрат, что осо­бенно важно при недостаточной стабильности характеристик отечественного исходного сырья; не осуществляется прогнози­рование прироста энергозатрат после выдачи сигнала на про­ведение заключительных операций технологического режима.

Все вышеизложенное было учтено на ОАО «Нижнекамск - шина» при разработке и внедрении оригинальных отечествен­ных способов и соответствующих технических средств, входя­щих в систему контроля и управления процессом резиносме - шения по электроэнергетическим параметрам. В систему вош­ли следующие оригинальные способы:

1) способ контроля полноты объема загрузки ингредиен­тов в начальный момент по энергозатратам, позволяющий про­гнозировать их прирост на заключительных операциях техно­логического режима и автоматически учитывать изменение мощности холостого хода резиносмесителя;

2) способ задания необходимой скорости изменения сред­них значений развиваемой мощности резиносмесителя, авто­матически учитывающий колебания характеристик исходного сырья.

Реализация данных способов потребовала разработки ал­горитмов, представленных на рис. 50, 51, 52. Так, полнота объе­ма загрузки ингредиентов в начальный период смешения конт­ролируется (рис. 50) путем сравнения мощности Ысм(т), разви­ваемой электродвигателем главного привода резиносмесителя на смешение, с минимально N'(1) и максимально N"(1) допус­тимыми границами ее изменения. Корректировка значения Мсм(Т) с учетом фактического технического состояния обору­дования осуществляется по выражению:

Ысм(Т) = Мп (Т)-^,

Где 1ЧП (X) - мощность, развиваемая электродвигателем ре­зиносмесителя в процессе смешения;

Ыхх - мощность, развиваемая электродвигателем смесите­ля при холостом ходе, которая автоматически учитывается в начале каждого очередного цикла смешения.

Выполнение условий Ы'(Т)<ЫСМ(Т)<1Ч"(Т) свидетельствует

О нормальном протекании процесса смешения, в противном слу­чае вырабатывается сигнал аварийной ситуации.

Управление процессом смешения по энергозатратам Е(Т) (рис. 51) осуществляется в период времени от момента Т03 опус­кания верхнего затвора до момента Тов окончания выгрузки ре­зиновой смеси. Значение Е(Т) в текущий момент времени опре­деляется выражением:

Е(Т) = Есм(т) + АЕ30,

Где Есм(т) в свою очередь определяется, как ■снв

ЕСм^=

^03

Где АЕ30 - прогнозируемый прирост энергозатрат за пе­риод от выработки сигнала на проведение заключительных операций технологического режима (тнв - момент начала выг­рузки смеси) до их окончания, т. е. полной выгрузки готовой смеси.

АЕ30 - зависит от инерционности срабатывания исполни­тельных механизмов, их технического состояния, текущего сред­него значения, и определяется расчетно-экспериментальным путем.

Расчет текущих значений ЕСМ(Т) выполняется численным интегрированием на каждом шаге дискретизации времени. Од­новременно проводится сравнение Е(т) с заданными значения­ми энергозатрат: Евм - для ввода мягчителей и Еэт - эталон­ным, обеспечивающим заданное качество резиновых смесей.

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Рис. 50. Фрагмент блок-схемы алгоритма контроля полно­ты загрузки ингредиентов на начальной фазе резиносмешения.

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Рис.51. Фрагмент блок-схемы алгоритма управления процес­сом резиносмешения по энергозатратам.

При выполнении условия Е(Т)>Евм осуществляется выработка управляющих воздействий на ввод мягчителей, а при Е(Т)>Еэт

- на проведение заключительных операций режима смешения.

Для управления резиносмешением в условиях нестабиль­ности характеристик исходного сырья был разработан отдель­ный алгоритм (рис. 52). Согласно этому алгоритму после заг­рузки последнего ингредиента смеси - ввода жидких мягчите - лей - рассчитывается скорость изменения средних значений раз­виваемой при смешении мощности Ыср

(Шср/сН;=К tgф,

Где К - масштабный коэффициент, определяемый опытным путем;

Ф - угол наклона кривой в координатах Г^ср-т. Условием выработки управляющих воздействий на проведение заключи­тельных операций режима в резиносмесителе (момент Тнв) яв­ляется стабилизация скорости изменения

< 2 квт/с в течение 5 с.

подпись: < 2 квт/с в течение 5 с.СШС1 ёф

Разработанная автоматизированная система базируется на аналого-цифровом управляющем комплексе, содержащим: пре­образователь активной мощности трехфазного тока, блок вво­да-вывода, блоков обработки, хранения и обмена информаци­ей, самопишущий миллиамперметр, фотосчитыватель, дисплей с цифропечатающим устройством. Система осуществляет учет динамики энергозатрат при резиносмешении, прогнозирование энергозатрат после выдачи сигнала на проведение заключитель­ных операций технологического режима, диагностику состоя­ния резиносмесительного оборудования.

Реализация системы на ОАО «Нижнекамскшина» сократи­ла вариационный размах показателей качества резиновых сме­сей до 50%, снизила уровень брака в среднем на 5%, понизила энергозатраты на 6-7%, повысила производительность резинос - месителя на 4-5%. Система защищена авторскими свидетель­ствами [386, 387, 388].

Выполнение операций по загрузке ингредиентов смеси и их смешение

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Определение средних значений мощности, развиваемой при смешении

Определение скорости изменения средних значении развиваемой мощности

Особенности процесса резиносмешения на оборудовании большой единичной мощности

Заврешение процесса резиносмешения

КОНЕЦ

Рис. 52. Фрагмент блок-схемы алгоритма управления ре - зиносмешением по скорости изменения средних значений раз­виваемой мощности.

ШИНЫ. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРОИЗВОДСТВА

Современные способы утилизации изношенных шин в качестве топлива

В работе [535] подробно описаны современное состояние и перспективы утилизации изношенных шин. Проведение по­иска перспективных направлений утилизации изношенных шин обусловлено накоплением их больших запасов, загрязняющих окружающую среду. Наименьшие затраты энергии …

8.3.2.Разработка способов утилизации твердых отходов производства и эксплуатации шин

Одной из важных проблем охраны окружающей среды яв­ляется утилизация твердых отходов, образующихся в процес­сах производства и эксплуатации шин. Актуальность пробле­мы объясняется тем, что, кроме производственных отходов, ежегодно накапливается более 1,2 …

Математическая модель процесса десорбции многокомпонентного растворителя из капиллярно­пористого адсорбента при объемном подводе тепла

При десорбции паров растворителя из токопроводящего активированного угля нагрев слоя адсорбента осуществляется одновременно с вакуумированием десорбера. В качестве источ­ника тепла для нагрева адсорбента используется электрическая энергия, пропускание которой через слой …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.