雙旋轉(zhuǎn)橫臥式粉料混合造粒機(jī)的研制

雙旋轉(zhuǎn)橫臥式粉料混合造粒機(jī)的研制

0造粒生產(chǎn)設(shè)備隨著人類環(huán)境保護(hù)的重要性、生產(chǎn)工藝的自動(dòng)化程度的提高以及生產(chǎn)工藝的具體要求，粉末產(chǎn)品的顆?；殉蔀榧庸ぜ夹g(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。甚至成為很多行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中必備的生產(chǎn)工藝。例如:1)使用顆粒復(fù)合肥代替粉末復(fù)合肥可以避免施肥過(guò)程的粉塵擴(kuò)散,防止肥料結(jié)塊;2)新興發(fā)展的全混日糧造粒飼料可以避免牲畜因挑食等引起酸中毒;3)通過(guò)將煤粉加工成較粗顆粒爐料,以避免粉塵和煙霧對(duì)空氣的污染,同時(shí)還可節(jié)約煤炭。目前,許多工業(yè)生產(chǎn)使用的造粒設(shè)備形式多樣,如:斜盤造粒機(jī)、造粒鼓、錐鼓造粒機(jī)、盤式造粒機(jī)、滾筒造粒機(jī)、捏合機(jī)、粉末摻合機(jī)、鼓式混料機(jī)、落幕團(tuán)粒機(jī)等。但大多數(shù)的造粒設(shè)備存在對(duì)物料的針對(duì)性比較強(qiáng)或混合設(shè)備與造粒設(shè)備分離的問(wèn)題。本文研制了一種基于攪拌和揉搓原理、集混合造粒為一體的雙旋轉(zhuǎn)臥式滾筒粉料混合造粒機(jī)。1混合造粒機(jī)的設(shè)計(jì)1.1間短混合造粒機(jī)設(shè)計(jì)本研究擬設(shè)計(jì)制造適用于粉體物料混合和造粒于一體的設(shè)備,混料時(shí)間在350s內(nèi),達(dá)到混合均勻(混合均勻度>95%),造粒時(shí)間短(800s內(nèi)),所造顆粒均勻的效果。本研究確定混合造粒機(jī)結(jié)構(gòu)形式采用雙旋轉(zhuǎn)臥式滾筒,為間歇生產(chǎn)方式?？傮w設(shè)計(jì)方案中考慮到混合和揉搓成粒要求的差異性,確定滾筒和攪拌槳差速旋轉(zhuǎn)同時(shí)完成混合和揉搓成粒的雙重功能。兩部件旋轉(zhuǎn)速度均可調(diào)整,攪拌槳形式可以更換,滾筒內(nèi)加防腐蝕鍍層結(jié)構(gòu)。造粒機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,其外形尺寸為1600mm×455mm×838mm。1.2攪拌槳的設(shè)計(jì)滾筒和攪拌槳是混合造粒機(jī)械的主要部件,與機(jī)體和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成機(jī)器的主體。滾筒內(nèi)徑為219mm,長(zhǎng)為340mm,壁厚為6mm。裝卸料門安裝在筒體上,為避免腐蝕和增加美觀,在內(nèi)外筒壁上做鍍鋅處理。設(shè)計(jì)和使用了兩種攪拌槳,其形式分別見(jiàn)圖2。兩種形式的攪拌槳間隔分布于內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸上,內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸和滾筒分別由不同的三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。1.3動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸的電機(jī)采用6級(jí)三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒和內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)滾筒的電動(dòng)機(jī)Ⅰ型號(hào)為Y132S-6,驅(qū)動(dòng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸的電動(dòng)機(jī)Ⅱ型號(hào)為Y112M-6。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別由變頻器來(lái)調(diào)整滾筒和內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸的速度和正反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)Ⅰ使用VFD037M43A型號(hào)變頻器,電動(dòng)機(jī)Ⅱ使用VFD022M21A變頻器。1.4運(yùn)行機(jī)械分析1.4.1軸向外接枝的剪切混合物料在滾筒和攪拌槳的同向差速旋轉(zhuǎn)作用下成多方位的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。其中,攪拌槳1主要使物料沿著徑向做對(duì)流混合;攪拌槳2主要使物料沿著軸向做剪切混合,攪拌槳1在攪拌軸上反向布置能有效地解決物料堆積于滾筒一側(cè)的問(wèn)題;滾筒可使物料以特定的速度提升起來(lái),形成較強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)渦流。這種處于失重狀態(tài)的渦流,使物料形成了自由運(yùn)動(dòng),物料在自由運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散混合。3種混合同時(shí)作用一定時(shí)間后,能夠使物料成分趨于均勻,并確保物料不產(chǎn)生偏析和再度分級(jí)現(xiàn)象,使物料達(dá)到并保持較高的混合均勻度。1.4.2提供成粒區(qū)的原料由于攪拌槳形式的不同和滾筒旋轉(zhuǎn)的配合可以將滾筒內(nèi)簡(jiǎn)單分割成“成粒區(qū)”和“混合區(qū)”,兩區(qū)之間交替分布,如圖3所示。生產(chǎn)過(guò)程中,滾筒轉(zhuǎn)速n1小于攪拌槳轉(zhuǎn)速n2?；旌蠀^(qū)為成粒區(qū)提供較小的成粒原料。成粒區(qū)為混合區(qū)提供疏松的、較大的顆粒。混合槳可使疏松的顆粒成為較小的均勻密實(shí)的顆粒和散料,為再次成粒提供原料?；旌显炝C(jī)在運(yùn)行時(shí),滾筒和攪拌槳差速旋轉(zhuǎn),物料和顆粒由于離心力被滾筒甩起,同時(shí)伴隨著攪拌槳的攪動(dòng)可以使物料在混合區(qū)和成粒區(qū)內(nèi)交替運(yùn)動(dòng),促成物料與顆粒之間的強(qiáng)烈混合。設(shè)備在運(yùn)行中,散料和小顆粒在成粒區(qū)形成大的顆粒,同時(shí)大顆粒在混合區(qū)內(nèi)被撞擊破碎成小顆粒,一旦成型和破碎達(dá)到平衡就實(shí)現(xiàn)了顆粒的均勻。根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案,制造了雙旋轉(zhuǎn)橫臥式粉料混合造粒機(jī),其外形見(jiàn)圖4。2粒機(jī)試驗(yàn)2.1鐵粉均勻度的測(cè)定—試驗(yàn)材料與方法以摩擦材料混合造粒為例對(duì)所設(shè)計(jì)制造的造粒機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)研究,采用12%酚醛樹(shù)脂、2.4%丁腈膠粉、23%泡沫鐵粉、11%重鈣、25%BaSO4、6%輪胎粉、8%人造石墨、3.5%石油焦、3%鱗片石墨、2.7%摩擦粉、1%氧化鋁和2.4%白蛭石組合的粉體材料作為試驗(yàn)原料。每次試驗(yàn)的材料數(shù)量均為1.2kg,對(duì)應(yīng)的滾筒內(nèi)充滿系數(shù)約為0.3。比較普遍的測(cè)定混合均勻度的方法有甲基紫法、沉淀法、NaCl法等[14,15,16,17,18,19,20]。本試驗(yàn)利用混料的成分中含有泡沫鐵粉的特點(diǎn)用鐵粉同時(shí)做示蹤物來(lái)評(píng)價(jià)混合均勻的程度。每次試驗(yàn)后在滾筒內(nèi)隨機(jī)的3個(gè)點(diǎn)取混合料,3個(gè)布點(diǎn)在軸向內(nèi)等間距分布,徑向?yàn)橹行奈恢?。用天平稱量50g混料后,用磁鐵吸引出鐵粉,并稱量鐵粉的質(zhì)量,求出鐵粉所占份額N,見(jiàn)公式(1)。式中N——取樣中鐵粉所占份額,%;W——總?cè)拥馁|(zhì)量,g;W1——取樣中鐵粉的質(zhì)量,g。評(píng)價(jià)指標(biāo)為混合均勻度偏差?,見(jiàn)公式(2)。式中S——總混料中鐵粉所占份額,19.4%。?越小表明混合越均勻。稱量完成后,將有磁鐵粉換成無(wú)磁鐵粉和其他粉料一起補(bǔ)充到混料中去繼續(xù)試驗(yàn)。造粒試驗(yàn)時(shí),每次試驗(yàn)后在滾筒內(nèi)隨機(jī)的3個(gè)點(diǎn)取樣,并將3次的取樣人工混合,在混合樣品中再隨機(jī)取出8個(gè)顆粒,用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量其直徑,取均值,用平均直徑作為成粒大小的評(píng)價(jià)指標(biāo)。并將每組試驗(yàn)樣本繪制成散點(diǎn)圖,通過(guò)線性回歸比較其斜率的大小,以此來(lái)評(píng)價(jià)顆粒的均勻程度。斜率A越小顆粒越均勻。其線性回歸方程見(jiàn)公式(3)。式中A——斜率,B——截距。2.2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.2.1混合均一機(jī)制試驗(yàn)結(jié)果在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)定混合試驗(yàn)滾筒轉(zhuǎn)速為120r/min,攪拌漿轉(zhuǎn)速為540r/min?；旌蠒r(shí)間分別取30、60、90、120、150、180、210、240、270、300s。試驗(yàn)通過(guò)取樣、稱量、放回和繼續(xù)試驗(yàn)的過(guò)程,最終得到處理后的數(shù)據(jù),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可以看出,粉狀物料在混合時(shí)間30~90s之間,取樣中鐵粉含量與總料中鐵粉的含量偏離較大。混合時(shí)間超過(guò)120s之后,隨著混合時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸趨于均勻。至210s以后,基本上保持混合均勻的狀態(tài)。統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其最小混合偏差為2.06%,則其混合均勻度最高可達(dá)到97.94%。2.2.2試驗(yàn)結(jié)果分析在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)定造粒試驗(yàn)滾筒轉(zhuǎn)速為108r/min,攪拌槳轉(zhuǎn)速為72r/min,連橋液(水)為450mL,攪拌時(shí)間分別為50、250、450、650、850、1050s。圖6所示為顆粒平均直徑與造粒時(shí)間之間關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果,可以看出,隨著造粒時(shí)間的延長(zhǎng),顆粒的直徑逐漸增大。在0~650s時(shí)間段內(nèi)增大的較緩,在650~850s時(shí)間段內(nèi)增大的相對(duì)較快,在850~1050s,顆粒直徑變化不明顯。在試驗(yàn)條件下,造粒時(shí)間50~1050s時(shí)間段內(nèi)的造粒范圍為3.89~18.78mm,表明該試驗(yàn)機(jī)所造顆粒直徑的范圍較寬。另外,50s左右即能制造出顆粒,表明該試驗(yàn)機(jī)的造粒速度較快,造粒周期較短,工作效率較高。采用線性形式(Y=Ax+B)對(duì)各試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合,擬合系數(shù)A、B及擬合判定系數(shù)R2見(jiàn)表1。圖7所示為在不同造粒時(shí)間下顆粒直徑的分布(每個(gè)時(shí)間點(diǎn)隨機(jī)選取8個(gè)顆粒,將選取的顆粒由小到大分別編號(hào)為1~8)?？梢园l(fā)現(xiàn),在造粒時(shí)間為50s和850s時(shí),顆粒的均勻程度較差,在其他造粒時(shí)間點(diǎn)則比較均勻。其中最均勻的點(diǎn)發(fā)生在250s左右,該時(shí)間點(diǎn)的散點(diǎn)線性回歸曲線的斜率(0.0644)為最小。在250~650s左右取樣散點(diǎn)線性回歸曲線的斜率A在0.0644~0.1026之間,相對(duì)較小。分析發(fā)現(xiàn)針對(duì)于本試驗(yàn)原材料在造粒時(shí)間為250、450、650s時(shí),顆粒直徑變化不大。可以確認(rèn)在該試驗(yàn)條件下,能制造出粒徑比較均勻,粒徑范圍跳躍較小的復(fù)合材料顆粒?；旌虾驮炝Ｔ囼?yàn)結(jié)果表明,雙旋轉(zhuǎn)橫臥式粉料混合造粒機(jī)具有以下特點(diǎn):1)對(duì)預(yù)混粉料適應(yīng)性強(qiáng);2)造粒范圍較寬;3)混合均勻度和造粒均勻度較高;4)混合周期和造粒周期較短。實(shí)現(xiàn)了對(duì)預(yù)混粉料適應(yīng)性強(qiáng)和混合與造粒于一體的設(shè)計(jì)目的,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,為滾筒橫臥式混合造粒機(jī)的設(shè)計(jì)提供了參考。3混合均勻度試驗(yàn)1)結(jié)合混合機(jī)理和造粒機(jī)理,研究并設(shè)計(jì)了雙旋轉(zhuǎn)臥式滾筒粉料混合造粒機(jī),實(shí)現(xiàn)了對(duì)預(yù)混粉料適應(yīng)性強(qiáng)和混合與造粒于一體的設(shè)計(jì)目的。為滾筒橫臥式混合造粒機(jī)的設(shè)計(jì)提供了參考。2)用鐵粉做示蹤物來(lái)評(píng)價(jià)混合均勻程度,利用顆粒直徑線性回歸曲線的斜率來(lái)評(píng)價(jià)顆粒均勻度,試驗(yàn)表明兩種方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、可行。3)混料試驗(yàn)得到,該試驗(yàn)機(jī)的混合偏差為