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混合机的简单分类及部分发展现状

时间:2023-04-28   访问量:1195

       混合操作在工业生产中非常普遍,从基本的化学工业到精细化工工业,从材料生产与加工到高楼大厦的平地而起、桥梁的两岸架接,都不能缺少混合操作,特别在陶瓷、冶金、军工、医药、食品、饲料等行业更加突出。由于混合操作的普遍性和重要性,近年来混合机的发展也十分迅速,对其性能的研究也随之增多。但对混合机的分类和现状却没有很好的归类,本文将对混合机的研究现状及发展进行一个系统的概括。

1  混合机的简单分类及其特点

    混合机的分类可以从很多角度来看,角度不同,分类也不同。
 

1.1 从机器的结构和运动方式来分:

1.1.1按筒体运动状态可分为筒体静止型混合机(如单螺旋混合机、犁刀式混合机等)、筒体运动型混合机(如摇滚运动混合机、V型混合机等)。筒体静止型混合机内会设有搅拌装置,加强了对组分间的强制性混合,混合效果较好,对物性要求较低。但动力消耗较大,搅拌装置易磨损。筒体运动型混合机对流动性好,物性相近的组分间混合较好,要求要有坚实的固定基础,停机时惯性大,延长了混合时间。
 

1.1.2按筒体的封密程度可分为全开放式(如卧式螺带式混合机、双轴卧式混合机等)、半开放式(如自落式轴向进出料混合机等)、和封闭式混合机(如三维运动混合机、腰鼓式混合机等)。全开放式混合机一般采用倾翻式卸料,混合的组分对周围环境要求不高,不怕被污染。半开放式混合机轴向进、出料,可以进行连续作业,机械化程度较高。封闭式混合机用于各组分对环境要求高,怕污染或组分中有流体的混合操作,这类混合机可以方便控制混合的条件,有利于混合高质量完成。
 

1.1.3按主轴的安装方向可分为立式混合机(如SCH型立式双螺带混合机、DSH型悬臂非对称双螺旋混合机、双浆行星立式混合机等)和卧式混合机(如卧式双螺带混合机、卧式双轴浆叶式混合机等)。立式混合机混合的各组分较均匀,动力消耗小,占用的空间也较小,但混合时间要求较长,生产效率低且卸料不充分,给接下来的混合效果带来影响。相比之下,卧式混合机混合质量好,组分在机室内相对运动快,卸料速度快,混合效率高,但其占用的空间大,制造比较难。
 

1.1.4按运动部件的运动状态可分为连续式和间歇式混合机(如圆锥型立式混合机、回转筒式混合机等)。连续式混合机具有一系列的配套设备,按照设计好的流程加料、混合、卸料,可能节省时间,提高效率,但系统复杂,机器成本高,在一些大型、机械化程度高的工业中常用。间歇式混合机由于加料和卸料不连续,会加长作业时间,降低生产率。但机械成本较低,人为控制方便。
 

1.2从混合物的状态可分为3种形式:

1.2.1固体混合机固体混合机相对比较多,如普通立式螺旋混合机、卧式螺带混合机等。固体混合机一般对密封性要求不高,但也有一些由于混合成分要求极高的安全性,如药品混合、食品混合等。因此,这类混合机要具有良好的密封性,来保证制作产品的要求。
 

1.2.2 流体混合机

       流体混合机一般是筒体固定型,带有搅拌装置,这样的混合机相对而言,对筒体的冲击较小,动力消耗也较小。相对固体混合机,流体混合机对密封性要求要高,这样就无形中增加了机器的成本。
 

1.2.3 固液混合机

       大多数混合都是固液混合,只是各组分所占比例大小而已,很少有纯的固-固混合或液-液混合,因些这类混合机应用很广,发展的也极为迅速。很多工业领域都会应用到形状各异、运动不一的固液混合机。
 

2  几种常用混合机的发展现状

2.1 混合机在国外的发展

        Maureen L.Rathod等人在双轴搅拌机中,对影响非牛顿体混合效率的2个因素(双轴搅拌机的几构参数和操作条件)进行了研究。利用三维有限元的模拟仿真,对剪切率、速率等数据进行了分析,对双轴搅拌机的浆叶作了创新,新型浆叶极大地提高了混合组分的轴向流速和剪切率。Paul W.Cleary[用离散元软件(DEM)对犁铧式混合机中微粒的混合过程进行模拟,从而分析实验机的混合性能,采用更接近真实微粒形状和物理参数的仿真颗粒来进行模拟,得出了微粒形状参数对模拟混合过程十分重要的结论,因此,对真实混合机的性能评价也同样重要。Branda Remy等人研究了粗糙度对叶片式混合机混合效的影响。采用粒子图像测速技术和离散单元法进行实验和模拟,分别改变了混合微粒表面和筒壁内表面的粗糙度,来研究无粘性微粒混合过程,结果表明,粗糙度对混合效果也有影响,特别是混合过程中粒子的扩散运动。
 

2.2 混合机在国内的发展

       三维运动混合机。刘定炜研究并设计了SHS200三维运动混合机,研究从混合机的性能及影响混合效果的主要因素入手,从理论上分析混合机的运动轨迹,从而确定其运动轨迹和运动参数,然后以分析结果为依据,对构件设计计算及部件设计。该研究结果可为新型三维运动混合机设计提供参考。邓颖对三维运动混合机性能及其影响因素进行了研究,将V型混合机和三维运动混合进行了对比试验,得出三维运动混合机的优势,为以后选择混合机类型提供了依据。胡静波等人借助三维运动仿真软件(ADAMS),模拟了三维运动混合机的工作时的运动,主要对主动轴和从动轴的转速,从动轴的径向窜动,主、从动拔叉的角速度等进行了分析,仿真分析的结果在三维运动混合机的设计和运动分析上提供了理论依据。
 

        双卧轴混合机。崔冬等人对双卧轴叶片式混合机的性能参数(如最佳工作转数、填充系数等)与设计计算进行了阐述,从工作原理和结构特点2方面进行分析,指出双卧轴叶片式混合机在使用过程中应注意的问题,为合理应用、保护混合机及设计方面提供了参考。王德福优化了双卧轴式全混合日粮混合机的运动参数及其结构,并用二次回归正交旋转组合的试验设计方法对混合效果的评价指标(变异系数)进行了测量计算与分析,得出了双卧轴的转速是影响其性能的最主要因素,同时也为混合机性能的评价提供了方法。
 

       圆筒混合机。杨文龙等人主要针对圆筒混合机的挡轮、充气胶轮、扬料板等几方面现存在的问题进行分析,并对其进行了合理地改造。改造后的混合机运动更加平衡,工作连续性更强,大幅度降低了职工的工作强度,保证了烧结工艺的控制。万书华利用离散元(EDEM)和运动仿真(ADAMS)2 大软件对圆筒混合机进行了研究,从结构力学和材料力学方面分析轮胎轴向受力,又从动力学理论上验证新型混合机的可行性和合理性,借助现代优化理论,分别优化计算了混合机的径向接触角和轴向轮胎分布,从而提高其使寿命。新型圆筒混合机的研究,为以后圆筒混合机的设计与性能分析提供了以参考。孙其诚等人对水平圆型混合机中颗粒的混合进行了模拟,分析了混合机内颗粒流型的变化规律和混合曲线,分析结果同实驻验结果吻合很好,对揭示混合机内部的粒子运动规律有很在的帮助。
 

3  总结

       由于混合操作在各工业领域的广泛应用,各种类型的混合机相继出现,对产品的质量要求越来越高,混合机的性能(混合均匀度、混合时间等)也应随之提高,为了实现高质量、高效率、低成本的目标,目前对各类型的混合机的研究还在不断前行中,所以混合机的设计还存在很大的提升空间。我国现阶段对混合机的研究与优化大部分停留在对已有的混合机进行改进上,修改其参数,从而来提高其性能,对新型混合机的设计少之又少。因此,在研究已有的混合机的基础上,应不断创新,开发出新类型混合机,来实现对混合质量的高要求,提高生产率,降低工人的劳动强度。



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