本科毕业设计说明书（论文） 第 41 页 共 41 页1绪论1.1固体粒子混合1.1.1 固体粒子固体混合是工业生产过程中一种重要的单元操作，它广泛用于化工、医药、食品、饲料、塑料和建材等部门1。固体混合设备中所述及的固体是指粉粒体，而粉粒体可再细分为两种，一种是粒体（粒料），另一种是粉体。两者的区别如图1-1所示。图1-1 各种固体粒子的粒径范围和测量方法两者的粒径约为50为界，粒料上限为数毫米，而粒料与粉体的更本质的区别在于两种固体颗粒的力学行为的区别。粒料的力学行为主要受重力所控制。当粒子的粒径不断减小，则粒子之间的附着力所引起的作用逐渐增大，当粒径小至数十微米时，附着力与重力平衡。粒径进一步减小，附着力急剧增加，当粒径小至数微米时，重力的作用小到可以忽略，由附着力的作用会形成凝集体，即发生所谓逆粉碎现象，粒径大小对混合物性能的影响主要是通过两相的界面起作用的，过小的粒子（如在3以下）对混合物的力学性能不一定有好处。1.1.2 固体混合固体混合是指两种或两种以上不同性质的粉粒体，在干燥状态或加入少量液体的状态下，在外力作用下进行搅混，使之逐步达到均一分布的操作，是不均匀度不断减小的一种随机过程。其混合状态如图1-2。 （a）原状态 （b）理想完全状态 （C）随机完全状态图1-2 混合状态黑白格子各表示一种物料。图中的理想完全混合状态是难以达到的，实际混合过程总是无序、不规则排列，它所能达到的最佳程度称为随机完全混合。1.1.3 固体混合的影响因素与液体搅拌相比，固体混合不具有自身扩散的性质，因而必须施加外力才能强制流动。影响混合的因素，除混合设备和操作条件外，固体粉粒体的性质，包括粒子的粒度与粒度分布、粒子形状、表现密度、表面性质、静电荷、水分含量、休止角、流动性、凝聚性，对混合过程的影响极大，如图1-3所示。图中M为混合度，t为混合时间。图（a）所示的曲线为一条典型的正常曲线。在混合的初始阶段。混合度M增加甚快。呈直线上升，到后阶段，混合度的增加程度逐渐变得平缓，从图（b）可看出，因粉粒体的粒度差大，在混合过程中，混合程度不稳定，曲线经过一个峰值后反而下降了。混合后阶段，曲线下降的趋势逐渐趋于平坦，这与混合过程中，大颗粒较容易分离，而且小颗粒物料又较容易沉积在设备的下部有关。图（c）因粉粒体的密度差大，混合初期，混合度呈无规则曲线状上升，过了峰值反而逐渐下降。此曲线后阶段的走势与图（b）曲线有些类似，也是由物性差异较大所造成的。图（d）因混合过程中产生静电作用，混合的初始阶段，混合度上升的规律性很差，呈反复的波动状，到后阶段才稳定定下来，呈曲线状缓慢上升。(a)物性差小，混合良好 (b)粒度差大，混合不良 (c)密度差大，混合不良 (d)混合过程中发生静电的再混合图1-3 物性对混合过程的影响1.2 混合设备的分类固体混合设备可按不同的方法分类：l 按对粉粒体作用力的方式分为容器回转型、容器固定型（包括机械搅拌式、气流搅拌式、流体切割式）和复合型混合设备；l 按操作方式分为间歇式和连续式；l 按运动部件回转速度分为高速型和低速型。列出的各种混合设备的特性和适用范围，归纳起来可分为以下几大类。1.2.1 容器回转型混合设备 适用于物性差异小、流动性好的物料的混合，可以获得较高的混合精度；但对粒径比等物性差异大、流动性差的物料，采用该种型式大多数情况下不能得到良好的效果。 装料系数低，一般为0.30.4。 最佳回转速度，即处于最佳混合状态的速度一般为临界速度为50%80%；也可以用费劳德数是离心力与重力之比。当装料系数为0.3时，不同种类混合设备的值分别为：V型0.30.4，双重圆锥0.550.65，滚筒0.70.8，正立方体0.5。图1-4 容器回转型混合设备 设备容易清洗，适合于多品种小批量生产。 回转速度慢、适合于易磨损物料的混合。 容器回转空间大，但伴随回转容易引起负荷变动，因而需要设置 安全栅和牢固的基础。 进出口的定位较困难。1.2.2 容器固定型混合设备 机种多，不仅可满足各种物性粉粒体的混合，也可用于粉粒体中添加液体的混合。 因容器是固定的，混合设备与粉粒体进出料装置容易连接。 装料系数大，一般0.50.6。 设备清洗困难，适合于少品种大批量生产。 存在搅拌桨叶磨损和轴封部件粉尘等问题。1.2.3.复合型混合设备这类混合设备是在容器回转型的基础上，在容器内部增设了搅拌物料用的叶片，以增强物料的混合和分散作用，从而提高混合效果。如在常用的滚筒、V型、双重圆锥型等混合设备中，分别设置了特定的叶片，便构成了复合型混合设备。复合型混合设备的优缺点：适合粒径比等物性差异较大，流动性较差的物料，也适合于需添 加液体的混合。 装料系数中等，一般为0.40.5。 混合时间较短，生产效率高，混合精度较高。 因为有旋转叶轮工作，故清洗衣较容易。 容易造成物料的粉碎和磨损。 该设备运转时发热较大，不适合受热分解和热敏性物料。 存在搅拌叶片的磨损和粉尘进入轴封部件处而影响密封等问题。2. 混料机的组成及各部分功能2.1 混料机的组成本论文对小型混料机的设计要求是倾斜式滚筒混料机，目的是进行固体粉末的搅拌混合，而不具备液体混合的能力。为了符合设计要求，在参阅了相关资料中涉及的滚筒混料机的技术参数后，将该混料机的组成分为以下四部分：动力装置、传动装置、混合装置和混料机机架这四个部分。小型混料机电动机传动装置混料滚筒机架减速器传动齿轮配换齿轮传动一号（左）机架二号（右）机架 图2-1 混料机的组成混料设备的搅拌轴通常由电动机驱动，并且由于该混料机的使用场合是在实验室内，电力能源的获取是最简单易得的，故该小型混料机的动力源部分采用电动机驱动。当混料机由静止起动时，滚筒要克服自身的惯性，还要克服滚筒所推动的固体粉末的惯性以及传动装置等部件的惯性，这时滚筒与固体粉末的相对速度最大，滚筒所受阻力的作用面积也是最大，困此此所需的功率值必然较大，该最大功率即为混料机的启动功率。但试验测定表明，搅拌即在启动时，电动机启动电流的最高点持续时间一般仅为23秒，随后立即大幅度下降至接近正常动转电流，说明出现最大功率的时间极短，由于一般电动机都允许有启动过载量，即允许较大范围的启动电流。如380V三相交流异步电动机，在510秒的持续时间内，其启动电流一般允许达到额定电流的6.57倍；且电动机功率越小，则启动电流相对于额定电流的允许倍数越大。所以，只要选择合理的电动机，在启示录动时依靠转矩余量来加速搅拌即滚筒直达稳定工作转速，不会引起电动机过热或者不能启动的情况。混料机的传动装置包括减速装置，变速装置和滚筒驱动装置。减速装置即减速器，由于搅拌设备的转速一般都比较低，因而电动机绝大多数情况下都是与变速器组合在一起使用的，有时也采用变频直接调速。因此，选用电动机时，应特别考虑与变速器的匹配问题。变速装置照设计要求应该能达到四级变速的要求，在考虑了小型混料机的工作特性以及工作场所后，决定采且配换齿轮的变速方式。驱动装置采用齿轮来驱动混料滚筒的转动，鉴于齿轮传动的稳定性，决定采用开式齿轮传动来驱动混料滚筒。混合装置是一个直径300，长度500，壁厚5的圆柱型滚筒，滚筒的两端用支撑轴固定在机架上，混料滚筒的右侧焊接上轴承，该轴承上的齿轮与滚筒驱动装置的齿轮啮合，以达到使滚筒转动的目的。混料机的机架分成两个部分，两机架的立柱结构完全相同，区别是一侧的机架底座较大，这部分的底座上要安放电动机，减速器以及传动齿轮箱，且要保证电动机减速器以及传动齿轮箱的中心轴线位于同一水平面上，另一侧的机架只是负责混料滚筒的固定以及整个混料机系统的稳定。机架的两个部分的相对位置的固定采用连接杆来实现。2.2 混料机的各部分功能该小型搅拌的动力装置部分为电动机，电动机为整个小型混料机提供动力，电动机的功率经过联轴器传递到小型混料机的传动装置，经过减速器的减速，将电动机的高转速降低为比较低的转速，经过配换齿轮副的调整之后，由传动齿轮最终将功率传递到混料滚筒上面，带动混料滚筒的转动，以达到混合不同粉末的目的。减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来以满足工作需要。减速器的输入端轴通过连轴器与电动机的输出轴相连，由于电机的转速太高而扭矩较低，不能直接输出到混料滚筒段齿轮，必须经过减速器的减速，来降低转速和增大扭矩。有级（或分级）变速是指在一定的转速范围内，能够实现若干固定、不连续的转速（或速度）变化。其优点是工作可靠，传动比准确，采用多轴传动时变速范围大，其缺点是不能在运转中变速，不易选择最佳转速值。该小型混料机的变速装置为配换齿轮，变速时两齿轮位置互换或另装一对齿数比不同的齿轮，结构简单，不需要操纵机构或者互锁装置，轴向尺寸小，但是更换齿轮费时费力，悬臂安装受力条件差。适用于不经常变速且要求结构简单、紧凑的变速机构。传动齿轮是机器中应用最广泛的一类传动形式，它的功能是将机器中的原动机（如电动机、内燃机、汽轮机）的运动和动力向工作机（如水泵、抽油泵、鼓风机、起重机的钢缆转鼓、汽车的车轮、车床的卡盘）传递其所需要的运动和动力。而在仪器仪表中齿轮是以传递运动为主。齿轮传动和其他的传动形式相比具有传动功率范围宽、传动效率高、传动比准确、寿命长和结构紧凑等优点。图2-2 混料机装配示意图滚筒式混合设备的混料装置为一圆柱型混料滚筒，当驱动齿轮转动时，带动混料滚筒一起转动。初始位于滚筒底部的物料，由于物料间的黏结作用以及物料与侧壁间的摩擦力而随滚筒升起：又由于离心力的作用，物料向滚筒壁面靠近，并且物料之间以及物料与滚桶壁之间的作用力在增大。当物料上升到一定高度时，在重力作用下飞落到底部，如此反复进行循环混合。该小型混料机的机架分为两个部分。在无齿轮筒盖一侧的机架为一号机架，在有齿轮筒盖一侧的为二号机架。一号机架结构比较简单，主要功能仅为支撑滚筒，保持其稳定。二号机架结构略为复杂，除了与一号机架相同的结构功能外，还包括一个底座，用于安放电动机、减速器及传动齿轮箱，并保证这三个部件的中心高一致。3 .电动机的选用原动机的种类一般情况下均选用交流电动机。电动机为系列化产品。机械设计中仅需根据工作机的工作情况，合理选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，提出具体的电动机型号2。3.1 电动机选用原则一、选择电动机的类型和结构形式如无特殊的需要，一般选用Y系列三相交流异步电动机。经常起动、制动和正反转动的，例如起动、提升设备，要求电动机具有较小的转动惯量和较大的过载能力，应选用冶金及起重用三相异步电动机，常用YZ型或YZR型。电动机的结构有防滴式、封闭自扇冷式和防爆式等，可根据防护要求选择。二、选择电动机的功率电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性能都有影响。功率选的过小不能保证工作机的正常工作，或使电动机因超载而过早损坏，功率选的过大则电动机的价格高，能力又得不到充分发挥，而且由于电机经常不在满载下运转，其效率和功率因数都较低而造成能源的浪费3。对于载荷比较稳定、连续运转的机械，通常只需使电动机的额定功率Ped等于或稍大于所需电动机的