【正文】 的發(fā)生。 文章分析的粉體相關(guān)特性是有限的，更多未能考慮的因素有望在以后的研究中添加進去，對處理設(shè)備提供更準(zhǔn)確、完整的設(shè)計參考信息。 炭黑對裝置的適應(yīng)性要求 從目前的粉體定量方法看，不管是結(jié)構(gòu)簡單速度快的容積式、定量準(zhǔn)確的稱重式，還是綜合性能較高的混合式和最先進的組合式，都要求加料裝置具有良好的加料性能。加料準(zhǔn)確迅速是其中的關(guān)鍵問題。適應(yīng)性要求包括以下幾個方面。 1)料斗的結(jié)構(gòu)具有破拱能力 a. 料斗的壁面保持光滑以避免炭黑的豁附 。 b. 具有密封性，保證透氣又能避免炭黑粉塵的飛揚 。 c. 靜電排除功能，避免粉塵事故 。 d. 外力驅(qū)動卸料以達(dá)到較快的卸料速度 ,保證加料速度。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 2)加料裝置使用外力驅(qū)動，裝置具有良好的可控性 避免采用容積式加料裝置，避免炭黑粉體勃附與飛揚 。保證裝置在接收來自料斗的炭黑時有穩(wěn)定的填充率，定量速度快而穩(wěn)，能消除物料豁附對定量過程的影響。 3)稱量卸料裝置能夠避免粉體的豁附與粉塵飛揚 快的卸料速度與稱量速度 ?？箾_擊，有準(zhǔn)確的稱量效果。 加料裝置方案確定 按照 ，設(shè)計合適的加料裝置。在現(xiàn)實中未有成熟的完全符合條件的裝置的條件下，經(jīng)過綜合考慮認(rèn)為，現(xiàn)有的成熟的螺旋加料裝置經(jīng)過技術(shù)改進基本能夠滿足上述要求 : 螺旋加料裝置密閉性好、使用外力驅(qū)動加料、加料速度快，技術(shù)非常成熟、結(jié)構(gòu)簡單且價格低廉，能進行準(zhǔn)確的速度與位置控制，并可根據(jù)使用情況的不同而方便的進行適應(yīng)性改造。結(jié)合上述要求，可對螺旋加料裝置進行適當(dāng)?shù)母倪M。 炭黑螺旋加料器設(shè)計 螺旋加料器及性能特點 螺旋加料器是一種常用的粉體處理設(shè)備，從螺旋輸送機演變而來，采用管狀料槽能實現(xiàn)比輸送機更大的 充填率，可用于處理多種類型的粉體。 螺旋加料器對粉體的小劑量計量準(zhǔn)確度較差 :隨著粉體粒度的降低，表面活性增強，粘附性增強，變得更容易受外界條件的影響 (空氣粘性產(chǎn)生的運動阻力、微粉懸浮引起的粉塵飛揚，吸附、甚至溶解于空氣中的水分導(dǎo)致粘結(jié)成團，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)結(jié)絮 )。 對于上述這些問題，螺旋加料器采用密閉的料槽只能解決炭黑粉塵的飛揚，實現(xiàn)將物料與外界隔絕，減小環(huán)境的影響。但炭黑的粘附性問題仍然不能得到有效的解決。炭黑的粘附會導(dǎo)致物料在出口處粘在一起，懸空不下料或成團落下，流量穩(wěn)定性因此而受到影響。對稱重式、特別是 容積式定量方式的流動穩(wěn)定性影響甚大。 現(xiàn)實情況的復(fù)雜性導(dǎo)致螺旋加料器具有與理論上不完全相同的一些特點?，F(xiàn)將其特點分析如下 1)加料流量的不穩(wěn)定性 螺旋加料器的加料流量可用下式表達(dá) : ?？梢钥闯黾恿狭颗c加料流量均為時間的函數(shù)，在生產(chǎn)過程中流量 Q(t)很難直接進行測定，用時間積分對加料量進行計量停留在理論階段而不具有可操作性。生產(chǎn)中通常假定流量為均勻的，以螺旋轉(zhuǎn)數(shù) N 對加料質(zhì)量及其流量進行計量。由于實際流量 Q(t)是不穩(wěn)定的，螺旋轉(zhuǎn)數(shù) N 與流量不成固定的線性關(guān)系。 2)加料流量與螺旋轉(zhuǎn)速的非線性關(guān)系 轉(zhuǎn)速 v(t)變化時，加料流量 Q(t)并不是成倍增加的，可稱之為加料流量與螺旋轉(zhuǎn)炭黑加料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 34 速的非線性。研究表明，轉(zhuǎn)速的增加率 (加速度 )大于流量增加率。甚至當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度時，流量反而出現(xiàn)了減小的趨勢，這是因為轉(zhuǎn)速增加導(dǎo)致物料在旋葉上的向心速度增加值大于縱向速度增加值一 物料在管壁內(nèi)隨螺桿葉片旋轉(zhuǎn)運動的趨勢增強了。由于摩擦作用物料隨螺旋轉(zhuǎn)動能力大于前行能力，減小了加料流量的增量。 文章要求螺旋的加料流量具有穩(wěn)定性，這與上述分析不相符，因此對螺旋加料裝置進行結(jié)構(gòu)改進是必須的。 螺旋加料器定量加料存在問題分析 改進螺旋加料器所要解決的問題 :炭黑在螺旋加料器端口由于成團下落導(dǎo)致流量波動引起加料及測量誤差。其簡要的說明如圖 41 所示。 圖 41 裝置改進解決的問題 To improve device need resolve problems 物料在卸料口形成一定的角度，角度的大小與物料休止角α、物料裝置之間的摩擦相關(guān)。當(dāng)在此斜度上有成團的物料時，由于物料滾動摩擦遠(yuǎn)小于滑動摩擦，表層物料自由滾落而導(dǎo)致物料成團下落。 螺旋加料器現(xiàn)有結(jié)構(gòu)及特點 針對螺旋加料器的加料特點及存在的問題，在實 際應(yīng)用中對其結(jié)構(gòu)進行適當(dāng)?shù)母倪M已成為常用的手法。下面簡要的將己有的針對粉體粘結(jié)這一問題的部分解決方案 !示于圖 42，并對其優(yōu)缺點作簡要的分析。 1槳式螺旋葉片 斷斷續(xù)續(xù)的螺旋槳減小了葉面與物料的接觸面積，減輕了物料的粘結(jié)，保證了物料的順利輸出。此法用于定量準(zhǔn)確度要求低、物料粘度非常大 (大部分粘結(jié)成團、不能自由流動 )的物料加料。其缺點在于螺旋空隙的存在，不能保證加料流量的穩(wěn)定。 1）通過兩個 (或更多 )螺旋擠壓實現(xiàn)粘性炭黑的輸送與計量 參考螺旋擠出機的設(shè)計結(jié)構(gòu)，將炭黑看作是一種流體。并列螺旋擠壓可以解決物料青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 在充 填設(shè)備內(nèi)部的粘結(jié)問題，并可以通過螺旋的嚙合實現(xiàn)相互的“清潔”。但是對粒度小的粉體而言，物料容易夾雜在設(shè)備的縫隙中，加速設(shè)備的磨損并增加能量消耗，因此并不適于炭黑的加料處理。 2）減小螺距或者采用雙頭螺旋 小螺距螺旋的螺旋面更加“直立”，提高了加料效率與準(zhǔn)確度，降低了速度。雙頭螺旋變相的減小了螺距，其效果在較小螺距螺旋的應(yīng)用較好。 3）螺旋葉片形狀成斷開狀態(tài)或螺旋長度短于外筒長度 在斷開處與空螺旋處形成“料封”，可以保證流量具有一定的穩(wěn)定性，但物料會在裝置空間中被壓緊，對于粘性物料而言容易形成較大的出料口加料 誤差。 4）螺旋為變螺距形式 螺距從進料口到出料口螺距逐漸增大，物料的充填率逐漸下降，從而變相的減小了流量，提高了流量的穩(wěn)定性。 圖 42 螺旋各種變形結(jié)構(gòu)示意圖 The drawing of spiral various deformation structure 上述螺旋加料器的改進是特定生產(chǎn)條件下的產(chǎn)物，具有一定的局限性。作者認(rèn)為這些結(jié)構(gòu)不能解決目前的問題，因此嘗試了下面的改進方案。 螺旋加料器結(jié)構(gòu)改進設(shè)計 改進的螺旋加料裝置的基本結(jié)構(gòu)如圖 43 和 44 所示。圖中僅對主要結(jié)構(gòu)進行了描述 :電機減速器等部件通過連軸器控制螺旋加料器內(nèi)螺旋的轉(zhuǎn)動 。螺旋加料器根部開口并裝設(shè)用于收集炭黑的收料斗，收料斗收集來自卸料料斗的炭黑以供給螺旋加料器 。螺旋加料器的料筒采用鋼管結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)螺桿則采用空心或?qū)嵭墓?，?nèi)螺桿外部焊接螺旋鋼片構(gòu)成螺 旋 。端口內(nèi)部嵌入分料裝置與料筒連接，外部加裝切料裝置并與內(nèi)螺旋相連。裝置的改進部分包含分料與切料部分。物料的整個運動過程為 :炭黑首先在螺旋內(nèi)部前進，然后遇到分料裝置被分成若干份 (根據(jù)具體情況而定，大概的范圍為 820為一加份 )，每一“份”炭黑在自己固定的區(qū)域內(nèi)直線前進 。最后到達(dá)出料口處被分料裝置旋轉(zhuǎn)切碎。裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖 45， 48 所示。 炭黑加料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 36 1電機 2加料斗 3螺旋加料桿 4機筒 5切料裝置 6分料裝置 圖 43 改進的螺旋加料器（二維圖） improvement with the spiral feeder（ 2d figure） 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 （ a） （ b） 圖 44 改進的螺旋加料器 （三維圖） improvement with the spiral feeder（ 2d figure） 分料裝置 分料裝置與螺旋之間保證一定的間隙，使物料自動的形成料封。料封的形成可以使將炭黑更加均勻的送入每個分料空間，從而間接的提高流量的穩(wěn)定性 。分料裝置與外料筒之間采用固定連接的方式，確保二者之間不產(chǎn)生相對運動。兩部件之間采用螺釘進行連接，螺釘均勻的分布于外筒的四周保證分料裝置受力均勻 。分料裝置與內(nèi)螺旋之間留有一定的間隙以避免產(chǎn)生運動摩擦，保證切料裝置能夠正常工作。圖 45 中所示的分料裝置可將物料分成 16 份。其中圖 46 為分料裝置的三維實體 圖，圖 47 為分料裝置安裝上的三維實體示意圖。 炭黑加料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 38 圖 45 分料裝置 unloading device 圖 46 分料裝置三維實體 unloading device 3d entity 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 圖 47 分料 裝置的安裝圖 the installation drawing of unloading device 切 料裝置 此裝置的設(shè)計參考已有的裝置，根據(jù)實際情況進行結(jié)構(gòu)改進。詳細(xì)的結(jié)構(gòu)如圖 45所示。切料裝置有內(nèi)圈、外環(huán)、支撐肋與切料線 (或者薄金屬片 )組成。 由于切料裝置要進行快速、長時間的旋轉(zhuǎn)運動，因此要保證有輕的質(zhì)量 :中心金屬環(huán)起到傳遞動力的作用，采用有一定厚度的金屬圈 。支撐板支撐整個框架 。金屬切料線起到切料的作用 。外金屬環(huán)連接金屬線。其中圖 49 是切料裝置的三維實體圖，圖 410 為分料裝置安裝上的三維實體示意圖。 新型螺旋加料器加料特點 1)加料螺旋利用與分料裝置的相對運動將炭黑團塊打碎，并將其均勻的推進分料裝置 。分料裝置將炭黑分開變成一份份的小部分，從而解決由裝置卸料口尺寸相對過大引起的炭黑成團下落情況。 2)切料裝置在出料口切碎粘結(jié)成團的料塊，避免了出料口誤差。與內(nèi)螺旋直接相連，利用加料螺旋進行驅(qū)動，利用切料裝置與分料裝置之間較大的相對速度，細(xì)金屬線將粘結(jié)在一起的小顆粒切碎 。并起到阻止炭黑慣性卸料的作用。 炭黑加料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 40 1內(nèi)固定元件 2金屬線 3支撐肋 4外金屬環(huán) 5螺釘 圖 48 切料裝置 cut mixture device 圖 49 切料裝置三維實體 cut mixture device 3d entity 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 圖 410 切料裝置的安裝圖 the installation drawing of cut mixture device 螺旋加料器在自動稱量系統(tǒng)中的改進 由圖 411 中所示，在螺距恒定時，貯倉的下料區(qū)域只位于螺旋軸后方，而有一部分區(qū)域為粉料流動死區(qū)。這樣會導(dǎo)致粉料在料斗處流動能力變差，部分粉料也會長時間積聚于此。為了改變粉體粉料的流動性，將螺桿的螺距沿沿卸料方向逐漸增大，這樣可將貯倉漏斗流改為整體流，同時還可以有效防止氣化后的粉料從存?zhèn)}中向外涌料。此螺旋加料桿具 體設(shè)計步驟已在 節(jié)中給出，該結(jié)構(gòu)示意圖見 24。 圖 411 螺旋距對貯倉流型的影響 Spiral distance to the influence of warehouse flow 由于螺旋給料器是強制性的擠壓粉料 ，使粉料向前運動。故在螺旋給料器的輸送過炭黑加料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 42 程中，給料器的磨損比較嚴(yán)重。通過采用不銹鋼材料或者降低給料器轉(zhuǎn)速的方式來降低加料器的磨損。 由于粘性粉料容易成拱，為防止結(jié)拱的出現(xiàn)，需增加破拱裝置與單螺旋給料器配合。在螺旋給料器的下料端增加破拱軸，軸上安裝有破拱拐，利用破拱軸帶動破拱拐轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)粉料的破拱。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 43 5 加料裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計 機械系統(tǒng)性能的良好狀態(tài)能夠為高準(zhǔn)確度加料性能的實現(xiàn)提供硬件基礎(chǔ)，作為軟件部分的控制系統(tǒng)則是將裝置性能加以實現(xiàn)的有效途徑 — 良好的控制系統(tǒng)可以大大改善加料裝置的系統(tǒng)性能。 本章將所 設(shè)計的加料裝置應(yīng)用于混合式加料方法中，設(shè)計輔助加料裝置，針對機械加料裝置提出對應(yīng)的控制策略，從而組成混合式粉體定量加料系統(tǒng)。并對加料系統(tǒng)的加料性能進行了理論分析，證明了系統(tǒng)的可行性及優(yōu)越性。 炭黑、定量加料原理 及工藝過程 由第一章綜述中介紹的物料定量方式研究現(xiàn)狀，了解了眾多定量加料方式，其中，容積式定量的特點是速度快而準(zhǔn)確度較低，只適用于對計量準(zhǔn)確度要求不高的場合 。稱重式定量的準(zhǔn)確度較高，但是定量準(zhǔn)確度越高其速度越慢，不能二者兼顧 。組合式適用范圍廣，準(zhǔn)確度高，但是造價太高不適于推廣使用 [10]。 本 課題以表面“軟”而“粗糙”，密度、粒徑小 (200 目左右 )的炭黑為研究對象。通過對炭黑粉料研究現(xiàn)狀的分析，結(jié)合定量加料要求，選擇混合式定量方法作為基本定量方法是能夠滿足設(shè)計需要的。 混合式定量加料方式綜合了容積式與稱重式定量的優(yōu)點，在一定程度上解決了速度與準(zhǔn)確度不能同時提高的矛盾，其定量裝置結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，只要對結(jié)構(gòu)進行適當(dāng)改進就能滿足各種物料的不同定量要求。 混合式定量有較高的加料速度，合理的避開了物料卸料沖擊以及物料留空量所引起的誤差，具有較高的準(zhǔn)確度。混合式定量過程是不可逆的，其速度基礎(chǔ) 容積 式的初級加料 — 本身的加料準(zhǔn)確度受到粉體容積密度影響較大 :粉體容積密度發(fā)生變化時容器本身并不能識別，容器仍然依據(jù)固有程序進行加料并導(dǎo)致每次初級加料的實際質(zhì)量不同，這一現(xiàn)象將影響整個加料過程的速度與準(zhǔn)確性。 混合式定量加料原理 綜合容積式與稱重式定量的優(yōu)點，采用二級或多級加料裝置，混合式定量在保證一定準(zhǔn)確度的前提下大大提高了定量加料的速度。