三足式敞口離心機出料裝置的設(shè)計研制

朱洪江，于東林，張阿南

(1.吉林化工學院機電工程學院，吉林吉林132022;2.吉林市特種設(shè)備檢測中心，吉林吉林132022)

三足式敞口離心機在化工生產(chǎn)過程中是一種常用的設(shè)備，通常用于物料的成品或半成品的脫水.一般情況下，對于疏松性質(zhì)的物料的脫水，離心機是完全能夠勝任的.因為物料脫水后質(zhì)地比較松散，所以過濾包很容易被取出.但是，在某些情況下則不然.例如某試劑廠新上馬的淀粉膠項目，其生產(chǎn)流程為:稀料配制—反應釜攪拌加熱—離心機脫水—干燥機烘干—粉碎機粉碎—成品包裝.其中，離心機脫水工藝就出現(xiàn)了取料難的問題.原因是在內(nèi)腔較大而敞口較小的離心機內(nèi)，從反應釜出來的淀粉膠稀料經(jīng)脫水后是呈蠟狀的，質(zhì)地發(fā)硬并且相互粘合為一體，如圖1所示.對于這種情況，廠方常用的辦法是停車后手工清出，除此之外目前并沒有其他更好的辦法.即耗時又費力，生產(chǎn)效率低下［1-8］.

圖1 離心機構(gòu)造及物料狀態(tài)

對脫水工序所用的敞口離心機構(gòu)造進行了仔細的觀察和認真的研究，為其設(shè)計安裝了一套機械出料裝置.該裝置能在不停車的狀態(tài)下使90%左右脫水后的淀粉膠在離心機中被高速切削而飛出，過濾包內(nèi)10%左右的余料可待停車后輕松取出.

1 取料方式的設(shè)計原理

對于圖1所示的情形，不妨采用帶有一定角度的切削刀來對脫水后的蠟狀淀粉膠進行切削，憑借離心機的高速運轉(zhuǎn)即可使切屑直接噴射出離心機敞口見圖2.

圖2 切割方式示意

2 實現(xiàn)切削方式的機構(gòu)運動簡圖設(shè)計

2.1 切削刀運動軌跡

根據(jù)離心機的空間結(jié)構(gòu)及場地的實際情況來看，出料裝置的機構(gòu)切削刀的運動軌跡應滿足如圖3所示的軌跡要求.

圖3 切削刀運動軌跡

2.2 機構(gòu)運動簡圖的設(shè)計

根據(jù)上述要求設(shè)計的機構(gòu)運動簡圖如圖4所示.

圖4 出料裝置機構(gòu)運動簡圖

2.3 實現(xiàn)一支搖臂進行全程操作的機構(gòu)組合

(1)升降運動采用齒輪齒條機構(gòu);

(2)橫向移動采用梯形螺紋絲杠機構(gòu);

(3)采用滑套機構(gòu)，見圖5將二者結(jié)合在一起

圖5 滑套組合結(jié)構(gòu)

2.4 可拆卸的切削刀及過載緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計

可拆卸的切削刀及過載緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計如圖6所示.筆者采用扭簧式套管來連接切削刀和主桿，當切削刀與物料的接觸力過大時，切削刀會被迫旋轉(zhuǎn)切削角度，但又始終保持與物料接觸.這樣既保證切削的連續(xù)性，又不會損壞裝置與設(shè)備.

圖6 切削刀結(jié)構(gòu)及過載緩沖示意

3 出料操作過程

(1)首先搖動搖臂(方向視安裝情況定)放下主桿到既定的限位位置，見圖3過程1).在這一過程中，主桿靠重力的作用下降，并通過齒條帶動齒輪及搖臂同步轉(zhuǎn)動，故搖臂狀態(tài)為被動，直至主桿的重力與其上端的彈簧拉力達到平衡為止.

(2)繼續(xù)同方向搖動搖臂，此時搖臂變?yōu)橹鲃訝顟B(tài).促使齒輪沿著絲杠的梯形螺紋帶動主桿向前移動直至止點(見圖3過程2).

(3)繼續(xù)同方向搖動搖臂，由于齒輪已經(jīng)運行到絲杠前端的止點，不能再繼續(xù)前移，只好隨絲杠一起轉(zhuǎn)動，帶動齒條使主桿克服上端的彈簧拉力而再次下降直至最低點(見圖3過程3).在這一過程中，搖臂的狀態(tài)仍為主動.該過程亦即切削出料過程.

(4)反方向搖動搖臂，主桿在上端彈簧的拉動下上升至彈簧與主桿重力的平衡點(圖3過程4)，此過程搖臂為被動.

(5)繼續(xù)反方向搖動搖臂，齒輪帶著主桿沿絲杠后退至后端止點(圖3過程5).該過程搖臂狀態(tài)為主動.

(6)繼續(xù)反方向搖動搖臂，由于齒輪已經(jīng)被絲杠后方的止點限制不能繼續(xù)后移，只能隨著絲杠一起轉(zhuǎn)動，從而帶動齒條及主桿上移回至起始點(見圖3過程6).此過程為搖臂齒輪帶動齒條克服主桿的重力使之上移的過程，搖臂的狀態(tài)為主動.

注意:最后必須將搖臂固定好，防止主桿自動下降.

(7)停車將過濾包連同剩余的物料取出后即可進行下一次投料脫水.

(8)說明:為防止切削刀刮傷過濾包，本裝置的設(shè)計只能出90%左右的物料，余下仍需手工清理.

4 結(jié) 論

通過生產(chǎn)現(xiàn)場的實際應用，該裝置的出料效果非常好，不但超出了預期的設(shè)計目的，而且還有更多的收獲，具體結(jié)論如下:

(1)解決了出料難題，保證了企業(yè)的正常生產(chǎn);

(2)出料速度快，生產(chǎn)效率高.加裝置之前每出一次料需30分鐘左右，加裝置之后只需7～8分鐘.若采用兩個過濾包輪流作業(yè)，生產(chǎn)效率可達加裝置前的4倍左右;

(3)操作極為簡單，只需搖動搖臂即可完成全部操作;

(4)在切削出料過程中，通過控制切削刀的吃刀量還可以控制顆粒度，即吃刀量越淺顆粒度越細;

(5)由于第4點的原因，90%左右的物料被省去了生產(chǎn)流程中的粉碎工序;

(6)由于第4點的原因，90%左右的物料呈粉末狀飛出時在很大程度上已經(jīng)被風干了，因此干燥工序所需的能量又被節(jié)省了大部分;

(7)綜上所述，該裝置已接受過了實踐的檢驗，具有操作簡單，高效節(jié)能的特點.該裝置制造安裝精度較低，沒有特殊要求，便于普及.

［1］王月梅.理論力學［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

［2］劉鴻文.簡明材料力學［M］.北京:高等教育出版社，2008.

［3］周鳳云.工程材料及應用［M］.武漢:華中科技大學出版社，2002.

［4］王選逵.機械制造工藝學［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［5］鄢立群.機械設(shè)計基礎(chǔ)［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2011.

［6］何銘新，錢可強，徐祖茂等.機械制圖［M］.北京:高等教育出版社，2010.

［7］吉林工業(yè)大學金相教研室.熱處理基本知識［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1982.

［8］上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會.金屬切削手冊［M］.上海:上?？茖W技術(shù)出版社，1984.