摘要：随着环境保护意识的增强以及对资源的回收利用，橡胶制品的回收利用已成为橡胶行业的一个重要课题。然而，目前的混炼工艺多依靠人工进行，存在操作误差大、劳动强度高、生产效率低等缺点，难以满足现代生产要求。为了提高生产效率，减少人为误差，实现一定程度的自动化。本项目设计并制造了一种半自动化回收胶料与生料混炼装置，该设备通过对回收胶料的清洗、称量和混炼等工艺进行优化，有效地解决了现有工艺存在的缺陷。实践证明，该设备在提高劳动生产率、减少误差、降低生产成本等方面效果显著，是一种很有推广价值的设备。

关键词：半自动化；混炼装置；切割装置；清洗装置

引言

随着环保政策的推进，中国橡胶工业协会技术经济专家工作会议也对行业“碳足迹”研究、节能降碳、绿色发展及其他企业关心的难点、痛点、堵点问题进行深入讨论[1]。废旧橡胶作为橡胶工业的副产物，其资源价值已逐渐为人们所认识，并已有不少企业开始在新产品的生产中进行再利用。然而，应用过程中，回收胶料往往要经过清洗、烘干、精确称量等过程。传统的混炼方法依靠人工进行混炼，这样的加工方式很难满足现代工业生产的高效率、高精度、低成本的要求。为此，本文设计了一种半自动化回收胶料与生料混炼装置，以达到提高生产效率、减少人工操作、降低成本的目的。

1 项目概况

回收胶料与生料的混炼装置是橡胶制品生产的重要环节。传统橡胶混炼过程中需人工称量、剪切、清洗、干燥等工序，操作误差大，劳动强度大，回收胶料清洗称重时易出现较大误差，影响混炼质量。为提高生产效率，降低人为误差，最大限度地实现生产过程的自动化，本项目设计并研发了一种半自动化回收胶料与生料混炼装置，如图1所示。该设备集成了在线添加回收胶和生料的功能、自动称重、清洗和烘干等多项技术，提高了生产效率，降低了回收中对人工操作的依赖。装置的创新点在于它能连续在线加入回收胶料和生料，并能自动调整配比，降低人为操作带来的误差。

2 回收胶料清洗装置

2.1 清洗管道及喷头布置

回收胶料清洗过程的良好使用依赖于清洗管道的合理设计与布置，清洗管道的设计直接关系到清洗水流的分布与喷洒效果。如图2所示，清洗装置采用上管路喷头设计，清洗水流可均匀分布于各物料表面，保证各物料均能得到充分清洗[2]。该系统能在保证清洗效果的前提下，对管道进行优化布置，降低了水资源的浪费。

在清洗管进水管口处，设置高压喷头，喷头为整个清洗系统的关键部件。喷头上进水孔为环状分布，保证了清洗水流能从各个角度覆盖回收胶料表面。喷头喷出的高压水既可除去附着在胶料表面的灰尘、油脂等杂质，又可去除回收过程中附着的微量污染物。

为进一步提高清洗效果，可根据需要调整喷头流量。此功能使清洗装置可根据不同的橡胶种类、污染程度及生产要求，灵活地调节水流量。清洗时，若遇胶面污染比较严重时，喷头能提供强劲的水流，实现高效清洁；而对低污染橡胶，可减少水流量，降低用水量，达到节约用水的目的。清洗水流量的调整，也要与水温、压力等其他因素相配合。在保证清洗效果的前提下，有效地降低了清洗过程中的湿气对胶料本身的影响。

2.2 红外烘干设备安装

回收胶料清洗后的烘干处理，是保证胶料质量、提高后续生产效率的重要环节。传统清洗过程中，残留的水分往往会对后续混炼及加工造成阻碍。如果短时间内不能将胶料烘干，残余的水分不仅会影响混炼的均匀性，而且会造成设备积水、腐蚀等问题，严重时还会影响成品的质量。本设备安装了红外烘干设备，该设备利用红外加热原理，使胶料表面快速加热，从而使水分蒸发。红外烘干设备安装于清洗盒顶部两侧，形成一个全方位的加热区域，覆盖胶料表面。红外光具有很强的穿透性，在加热时可以快速渗入胶料的表面和内部，快速蒸发表面的水分，并将水分传导到胶料内部，加速干燥过程[3]。

相对于传统的热风干燥，红外干燥有其独特的优点。采用红外加热方式，没有过多的热风产生，避免了热风干燥过程中产生的水汽积聚及热量浪费。另外，红外烘干设备温度可调，使用者可根据胶料及清洁后之湿度调整适当之干燥温度。温度控制是红外干燥最大的优点，它具有适应性强、可精确调整等优点，可避免高温导致胶料变质。

3 两侧箱体内部设备加装

3.1 称重台

称重台是整台设备的核心部件之一，其精度的高低直接影响着配料的精度。高精度称重台可实现混炼过程的准确计量，保证回收胶料按预先设定的比例混合。为满足高频操作要求及称重精度要求，在称重台底部加装高精度称重传感器。该传感器能实时监测称重过程中称重的变化，并反馈给控制系统，使之能在动态的生产环境中保持精确的称重数据。

为保证称量的稳定性和准确性，采用了抗震技术。回收胶料及原料的流动及堆积特性可能造成设备振动，从而影响秤量精度。因此，结构抗震设计可以作为对称重台结构性能的一种重要补充。抗震结构能有效降低外部振动的干扰，使其工作更加稳定，提高了称重数据的可靠性。尤其是在重载、快速作业时，采用抗震措施，保证称量精度。

称重台采用模块化设计，各称重台内部结构及传感器模块可根据生产需要调整，方便生产过程中设备的快速维护与升级[4]。另外，模块化的设计使设备的升级和扩充变得更加容易，以适应不断变化的生产需求。称重台在闭环控制机制下，设备可以根据实时数据对配比进行自动调整，降低人为因素的影响，提高生产效率，保证成品质量。

3.2 内腔切割机构

回收胶料通常呈现出不规则的块状或团块状，这给称量及后续混炼过程带来困难。为便于称量，准确配比，切割机构是称量箱内不可缺少的一部分。切割机构利用自动刀片系统，将回收胶料切成合适的大小，过滤送入称重台上精确称重。切割机构是根据橡胶材料的硬度、弹性、黏性等物理性质来设计的。

全自动裁断机构设计可根据实际上胶情况自动调节裁断力度及速度。对于高硬度橡胶，切割机构能提供更强的切割力量，以保证橡胶能顺利切割到所需要的尺寸；对于较柔软、粘性较大的胶料，切断机构可适当降低剪切力，以防止胶料在切断时发生粘连、断裂等现象。另外，切刀的设计也考虑到了切削过程的洁净性，保证了切胶后不会有多余的切屑进入，从而影响到后续混炼质量。

另外，内腔切割机构的设计也具有很高的自动化程度。该切割机构可根据称重台的实时数据，自动调节裁断速度及裁切次数。在称重台收到预先设定的重量数据后，自动进行裁断，以确保每一次加入的胶量都能准确地满足要求。

在设计切割机构时，也考虑了设备的易维护性。刀片系统的更换与清洗非常简单，模块化的设计使得刀片可以很容易地进行拆卸、清洗及更换，从而保证了设备长时间的高效率。另外，切割机构的驱动系统也进行了优化设计，有效地降低了切削时的噪声与振动，提高了工作环境的舒适度。

3.3 下料管内腔电磁阀

为了实现对物料流量的精确控制，下料管内腔电磁阀的设计非常重要。下料管是用来将称量好的物料及原料输送到搅拌箱中，以确保物料按预先设定的比例平稳地进入混炼系统。电磁阀的主要功能是利用开关来控制物料流量，从而达到准确的配料比。

电磁阀响应迅速，可根据称重台实时监控重量的变化，快速调节开关状态。该快速响应机制可在较短的时间内准确调整流速，保证混炼过程的高效稳定。在电磁阀的精确控制下，可将回收胶料和生料按一定比例加入搅拌箱内，避免因人为操作错误或设备滞后而造成的配料不准等问题。另外，电磁阀密封性能好，能有效防止物料漏失，确保设备高效率运转。

电磁阀控制系统和称重系统协同工作，实现了物料流量的智能化调节。整个配料过程都是由自动控制来完成的。电磁阀在设计上也考虑了其耐用性及维修方便性。为适应不同物料流动的特点，对电磁阀进行了材料与结构的选择，以适应长时间高负荷运行。由于电磁阀系统采用模块化设计，维修与更换时不会影响生产，从而保证了生产线的长时间稳定运行。

4 搅拌工艺及搅拌箱制造

搅拌箱是回收胶料与生料混炼过程中的关键设备，如图4所示。在搅拌时，两根搅拌轴可分别以不同速度、不同方向运行，电机带动第一搅拌轴自身转动，第一搅拌轴再带动第二搅拌轴纵向转动，使物料在搅拌箱内得到更充分的混合。双轴搅拌系统的优点是它可以有效地避免单轴搅拌产生的“死角”现象，保证了各方向的物料均匀流动，减少了物料在搅拌过程中的分层或不均匀现象。双轴结构可有效避免混合过程中物料堵塞问题，特别是双轴搅拌可通过交替旋转方式打破胶料和生料之间的聚集，使二者更好融合。

搅拌轴选用耐磨合金材料，适用于长时间、高强度、高负荷工作环境。回收胶料和生料混炼时可能含有较硬的颗粒或杂质，长时间运行于该环境中的搅拌轴易发生磨损。因此，在搅拌轴中加入耐磨合金，可有效地提高其耐磨损性能，提高其使用寿命。

搅拌箱在生产中可根据生产需要灵活调节搅拌刀的角度及形状。当使用高粘度胶时，搅拌刀设计成具有较大角度的切割面，这样可以有效地将胶料打散；对于颗粒级原料，刀片设计得较为平缓，避免了颗粒间的相互碰撞和过度破碎，保证了原料的完整性。

搅拌箱底部设有出料口，使混合好的物料能快速流入下一道工序。在设计过程中，对出料口的位置及尺寸进行了仔细的计算，保证了物料的流畅流通，避免了因排料不畅而造成搅拌箱内物料堆积的问题。

5 应用效果分析

经过多次实际运行试验，该半自动化回收胶料与生料混炼装置在清洗、烘干、称重及混炼等各个环节均表现出极高的准确性和稳定性，与传统的人工作业方式相比，该自动设备大大降低了人为误差，提高了原料配比的准确性，保证了各批次材料质量的一致性。该设备通过配料精确、高效混合，使生产效率提高30%左右，从而缩短了生产周期，大幅度提高了单位时间产量。与此同时，随着自动化程度的提高，劳动力成本和劳动力需求量也大幅度下降，降低了对高强度体力劳动的依赖性，降低了员工的劳动强度，提高了整体工作环境的舒适性。从总体成本控制上看，该设备不仅降低了原料的浪费，而且提高了材料利用率，为企业创造了良好的经济效益。

6 结论

本研究成功研制出一种半自动化回收胶料与生料混炼装置，有效地解决了传统生产方法中存在的误差大、工效低的问题。通过对优化清洗装置、称重系统和搅拌工艺的优化，提高了生产效率，减少了人为误差，降低了生产成本。本项目的顺利实施将为公司在橡胶工业领域的技术进步和市场竞争力的提高奠定基础。未来，项目团队还将不断优化设备的自动化程度，进一步提高生产效率和产品质量，以适应不断发展的市场需求。

参考文献：

[1] 孟凡磊，曹宏远，陈婉茹，等.燃气电厂安全关键设备识别和性能指标建立研究[J].化工管理，2024，（23）：114-118.

[2] 强金凤，黎广，李涛，等.废旧橡胶回收再利用方法概述[J].橡胶科技，2020，18（12）：675-677.

[3] 虞仲义.赢创研发橡塑回收利用解决方案[J].上海化工，2020，45（01）：75.

[4] 一种橡胶轮胎回收装置[J].橡塑技术与装备，2022，48（12）：86.

作者简介：鞠岑，男，汉族，1986.11-，江苏扬州人，硕士研究生，工程师，研究方向：橡胶塑料制品