坭興陶煉泥設(shè)備的研究設(shè)計(jì)

黃馳紅

（欽州市科學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，廣西 欽州 535000）

0 引言

坭興陶是廣西欽州市特產(chǎn)，是中國(guó)國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品，具有悠久的文化歷史。坭興陶以廣西欽州市欽江東西兩岸特有紫紅陶土為原料，主要分為東泥（欽州江以東的白膏泥）和西泥（欽州江以西的紫陶泥）兩種。以紫陶泥硬為骨，白膏泥軟為肉，骨肉得以相互支撐并經(jīng)過(guò)坭興陶燒制技藝燒制后形成坭興陶。坭興陶在燒制過(guò)程中發(fā)生神奇的“窯變”，經(jīng)窯變陶體表層形成各種斑斕絢麗的自然色彩，質(zhì)地細(xì)膩光潤(rùn)，具有很高的欣賞和收藏價(jià)值，被美譽(yù)為“土與火的藝術(shù)”[1-2]。

煉泥是制作陶瓷器物最基礎(chǔ)的工序，器物的好壞往往在原料處理時(shí)就已經(jīng)決定了大半，煉泥的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品品質(zhì)。多數(shù)坭興陶工藝美術(shù)師或工藝師傅憑經(jīng)驗(yàn)、憑感覺(jué)手工煉泥，其產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。目前規(guī)?；哪嗔仙a(chǎn)企業(yè)少，且使用的生產(chǎn)設(shè)備落后，無(wú)法生產(chǎn)高品質(zhì)泥料。因此，如何提升煉泥質(zhì)量及產(chǎn)能，是提高坭興陶成品率、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。目前，欽州坭興陶坭料的生產(chǎn)主要用到球磨機(jī)、泥板機(jī)、真空練泥機(jī)等設(shè)備，使用這些設(shè)備較手工煉泥生產(chǎn)效率有顯著提高。但練泥生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備存在一些缺陷。

一是球磨機(jī)用于對(duì)泥料和碎土進(jìn)行粉碎混合，在研磨筒轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，研磨筒內(nèi)部的研磨球在離心力和摩擦力的作用下，被提升到一定高度后呈拋落或泄落狀態(tài)落下，對(duì)泥料進(jìn)行粉碎處理[3]。由于球磨機(jī)內(nèi)部的傾斜設(shè)置，泥料和碎土往往會(huì)堆積在球磨機(jī)的出料口處，減小了研磨球與泥料和碎土的接觸面積，影響了泥料和碎土的粉碎效果，降低工作效率。

二是泥板機(jī)通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的壓輥對(duì)泥塊進(jìn)行輥壓，以達(dá)到壓制不同厚度泥板的目的?，F(xiàn)有的泥板機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺少壓濾功能，不能將泥塊中的石塊或者其他異物進(jìn)行過(guò)濾，泥料中混入石塊或者其他的異物會(huì)影響泥板的生產(chǎn)質(zhì)量，進(jìn)而影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

三是真空練泥機(jī)是陶瓷行業(yè)用于泥料攪拌、揉練、混合和成型的重要設(shè)備，在于將料中包含和附著氣體通過(guò)真空抽吸排出，然后對(duì)泥料進(jìn)行揉練和擠壓，使泥料的定向結(jié)構(gòu)得到改善[4]。陶瓷泥料經(jīng)真空練泥機(jī)處理后其物料分布趨于均勻，結(jié)構(gòu)更為緊密，可塑性得到提高，成為具有一定形狀尺寸的能夠制造產(chǎn)品的泥段。現(xiàn)有真空煉泥機(jī)大多不具備對(duì)泥料的過(guò)濾篩分功能，泥料中如果存在較大的顆粒雜質(zhì)，會(huì)影響后續(xù)制成的陶瓷的外觀和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，影響到陶瓷的質(zhì)量。

針對(duì)現(xiàn)存煉泥設(shè)備存在的缺陷，進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，可使泥料更加充分混勻，提高泥料的均實(shí)度，使煉泥質(zhì)量得到提升，較大提高坭興陶燒成率，有效提高生產(chǎn)效率，提產(chǎn)能降成本。

1 坭興陶煉泥設(shè)備的總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

將煉泥作業(yè)中主要用到的球磨機(jī)、泥板機(jī)、真空練泥機(jī)進(jìn)行逐一改進(jìn)，對(duì)泥料煉制過(guò)程中主要環(huán)節(jié)進(jìn)行改善，目標(biāo)在于獲取穩(wěn)定的高品質(zhì)泥料，提高坭興陶成品率和品質(zhì)。

球磨機(jī)的改進(jìn)思路在于增加研磨球與泥料和碎土的接觸面積，提高泥料和碎土的粉碎效果；泥板機(jī)改進(jìn)思路在于增加壓濾功能，對(duì)泥塊中的石塊或者其他異物進(jìn)行過(guò)濾，避免石塊或者異物影響泥板的生產(chǎn)質(zhì)量；真空練泥機(jī)改進(jìn)思路在于增加過(guò)濾篩分功能，對(duì)泥料中大顆粒雜質(zhì)過(guò)濾，改善成品陶瓷的外觀質(zhì)量。

將上述改進(jìn)后的裝置，組合應(yīng)用于坭興陶生產(chǎn)，可獲得高品質(zhì)泥料，有效提高成品率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

1.2 關(guān)鍵裝置的具體設(shè)計(jì)

1.2.1 坭興陶生產(chǎn)用球磨機(jī)的設(shè)計(jì)

坭興陶生產(chǎn)用球磨機(jī)主體包括基座、連接座、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、研磨機(jī)構(gòu)和滑動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，基座和連接座相對(duì)設(shè)置，基座和連接座之間通過(guò)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，有旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸近基座一端裝配旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出齒輪。研磨機(jī)構(gòu)安裝于旋轉(zhuǎn)軸的中部，研磨機(jī)構(gòu)包括同軸滑動(dòng)安裝于旋轉(zhuǎn)軸的研磨筒，以及筒內(nèi)的研磨球。研磨筒靠近輸出齒輪一端開(kāi)設(shè)套筒，輸出齒輪的端面設(shè)置與套筒匹配的導(dǎo)向滑柱。輸出齒輪通過(guò)導(dǎo)向滑柱帶動(dòng)研磨筒轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)套筒與導(dǎo)向滑柱滑動(dòng)配合，使研磨筒相對(duì)輸出齒輪前后滑動(dòng)?；瑒?dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括連接輸出齒輪與研磨筒的彈簧，和安裝于研磨筒與連接座之間的滑動(dòng)組件。坭興陶生產(chǎn)用球磨機(jī)的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 坭興陶生產(chǎn)用球磨機(jī)的主體結(jié)構(gòu)示意圖

滑動(dòng)組件包括安裝座、導(dǎo)向圓盤、連接桿、滑球、導(dǎo)向滑槽、連接塊、螺桿、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪。安裝座設(shè)置于連接座的上端，導(dǎo)向圓盤活動(dòng)套設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸。導(dǎo)向圓盤右端的上側(cè)設(shè)置有連接塊，連接塊通過(guò)銷軸與安裝座左端設(shè)置的安裝槽轉(zhuǎn)動(dòng)連接。導(dǎo)向圓盤的左端設(shè)置有導(dǎo)向滑槽，連接桿設(shè)置于研磨筒的右端，連接桿右端的安裝孔內(nèi)放置滑球，滑球與導(dǎo)向滑槽滑動(dòng)連接。螺桿螺紋連接于連接座，螺桿的左端與導(dǎo)向圓盤右端的下側(cè)接觸，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪設(shè)置于螺桿的右端控制螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。滑動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 滑動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

本裝置在現(xiàn)有球磨機(jī)的基礎(chǔ)上增加了研磨筒橫向滑動(dòng)的動(dòng)作，在研磨筒旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，滑球沿著導(dǎo)向滑槽的內(nèi)壁既滑動(dòng)又轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)滑球移動(dòng)到導(dǎo)向滑槽的下側(cè)時(shí)，此時(shí)研磨筒與導(dǎo)向圓盤之間的間距縮小，滑球通過(guò)連接桿帶動(dòng)研磨筒向左移動(dòng)，彈簧收縮。當(dāng)滑球移動(dòng)到導(dǎo)向滑槽的上側(cè)時(shí)，此時(shí)研磨筒與導(dǎo)向圓盤之間的間距增加，彈簧回彈，滑球通過(guò)連接桿帶動(dòng)研磨筒向右復(fù)位。在研磨筒轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，研磨筒進(jìn)行橫向移動(dòng)，可增加研磨筒內(nèi)部的泥料與研磨球的接觸面積，使研磨筒內(nèi)部的泥料粉碎得更加的均勻，提高了泥料的粉碎效果。

1.2.2 壓濾泥板機(jī)的設(shè)計(jì)

壓濾泥板機(jī)主體包括底座、壓輥、壓料座和壓濾單元，兩個(gè)壓輥對(duì)稱安裝于底座內(nèi)底部，壓料座安裝于底座上部，壓料座底部設(shè)置錐形管出料，錐形管出料口對(duì)應(yīng)于兩個(gè)壓輥之間的上方。壓濾單元安裝于壓料座內(nèi)，對(duì)泥塊中顆粒狀的異物進(jìn)行過(guò)濾。

壓濾單元包括固定座、滑柱、壓板、柵格板、壓料推桿、拉簧、檢測(cè)板、行程開(kāi)關(guān)、擋片、刮條、刮條推桿。固定座設(shè)于壓料座的上端，壓料推桿固接于固定座，壓料推桿的輸出端向下連接壓板，驅(qū)動(dòng)壓板于壓料座內(nèi)縱向滑動(dòng)?；v向固接于壓板頂部，固定座開(kāi)設(shè)與滑柱配合的導(dǎo)向通孔。柵格板位于壓板下方，柵格板四角的滑塊分別與壓料座下端的滑孔滑動(dòng)連接。拉簧分別設(shè)置于柵格板四角，拉簧的上端均通過(guò)凸柱與壓料座的外表面固定連接。柵格板左后端的滑塊端頭處設(shè)有檢測(cè)板，底座的后端設(shè)置與檢測(cè)板配合的行程開(kāi)關(guān)。柵格板上下表面的四角處均設(shè)有擋片，擋片與壓料座下端的滑孔配合設(shè)置。壓料座的左側(cè)面設(shè)有刮條推桿，刮條推桿的伸縮端設(shè)置刮條，刮條可對(duì)壓板底面進(jìn)行刮料驅(qū)使泥塊的分離。壓濾泥板機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 壓濾泥板機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

本裝置在現(xiàn)有泥板機(jī)的基礎(chǔ)上增設(shè)了壓濾單元，對(duì)泥塊中的石塊或者其他異物進(jìn)行過(guò)濾。泥塊通過(guò)壓料座側(cè)面的進(jìn)料斗進(jìn)入，壓料推桿帶動(dòng)壓板對(duì)下方的泥塊進(jìn)行擠壓，泥塊穿過(guò)柵格板的矩形孔擠入到錐形管，錐形管對(duì)泥塊進(jìn)行初步的擠壓，初步成型的泥板將落入到兩個(gè)壓輥擠壓成型。壓板移動(dòng)到最底處時(shí)，刮條推桿驅(qū)動(dòng)刮條對(duì)壓板底面進(jìn)行刮料，驅(qū)使泥塊的分離。

由于泥塊通過(guò)柵格板向下的推力較小，拉簧的拉力將阻擋柵格板的下移。當(dāng)泥塊中存在大塊的大顆粒異物時(shí)，壓板將會(huì)通過(guò)大顆粒異物推動(dòng)?xùn)鸥癜逑蛳乱苿?dòng)，柵格板帶動(dòng)檢測(cè)板下移擠壓行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)觸發(fā)停止。人工將大顆粒異物清理后方可繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)，通過(guò)該壓濾裝置確保了泥板的生產(chǎn)質(zhì)量，使用安全性高。

1.2.3 真空練泥機(jī)的設(shè)計(jì)

真空練泥機(jī)的主體包括底座、煉泥機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、真空裝置和預(yù)篩機(jī)構(gòu)，煉泥機(jī)構(gòu)安裝于底座上，包括轉(zhuǎn)軸和依次套設(shè)于轉(zhuǎn)軸外的運(yùn)輸筒、真空筒、擠出筒，轉(zhuǎn)軸上依次安裝螺旋葉片一、螺旋葉片二，對(duì)筒內(nèi)物料進(jìn)行攪拌和傳輸。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和真空裝置安裝于底座內(nèi)部，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端連接轉(zhuǎn)軸，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，真空裝置的抽氣管連接至真空筒將泥料中的空氣抽出。真空練泥機(jī)的主體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 真空練泥機(jī)的主體結(jié)構(gòu)示意圖

預(yù)篩機(jī)構(gòu)安裝于煉泥機(jī)構(gòu)的進(jìn)料口，位于運(yùn)輸筒前部上方。預(yù)篩機(jī)構(gòu)包括進(jìn)料斗、回型框架、濾網(wǎng)框架、濾網(wǎng)、圓筒、彈簧、滑動(dòng)柱、連接板、凸輪，凸輪電機(jī)。進(jìn)料斗安裝于運(yùn)輸筒的進(jìn)料口，進(jìn)料斗的內(nèi)部設(shè)置回型框架，濾網(wǎng)框架可滑動(dòng)安裝于回型框架內(nèi)，濾網(wǎng)框架的內(nèi)部設(shè)有濾網(wǎng)?；匦涂蚣芎蜑V網(wǎng)框架設(shè)置配合滑動(dòng)的圓筒和滑動(dòng)柱，彈簧套設(shè)于圓筒的外部，彈簧兩端分別與濾網(wǎng)框架、回型框架連接。濾網(wǎng)框架下端設(shè)置連接板，回型框架下端開(kāi)設(shè)有與連接板對(duì)應(yīng)的避讓孔，進(jìn)料斗上安裝與連接板配合的凸輪，凸輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。預(yù)篩機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 預(yù)篩機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

預(yù)篩機(jī)構(gòu)工作時(shí)，凸輪電機(jī)帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪凸出端推動(dòng)連接板和濾網(wǎng)框架向后運(yùn)動(dòng)壓縮彈簧，在凸輪不再與連接板接觸后，連接板和濾網(wǎng)框架在彈簧1的彈力左右下復(fù)位，實(shí)現(xiàn)濾網(wǎng)框架前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在濾網(wǎng)的作用下，能夠?qū)⒛嗔现休^大的雜質(zhì)篩選出來(lái)，使得練出的泥品質(zhì)更高。

2 新型坭興陶煉泥設(shè)備的應(yīng)用效果

2.1 裝置設(shè)計(jì)解決的問(wèn)題

一是解決泥料粉碎度不高問(wèn)題。在現(xiàn)有的坭興陶生產(chǎn)用球磨機(jī)基礎(chǔ)上，增加了滑動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使研磨筒在轉(zhuǎn)動(dòng)的基礎(chǔ)上增加橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，避免泥料和碎土堆積在球磨機(jī)的出料口處無(wú)法獲得研磨，通過(guò)滑動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可有效增加研磨球與物料的接觸時(shí)間和接觸面積，避免泥料大顆粒囤積，提高泥料和碎土的粉碎效果，以便后續(xù)工序?qū)δ嗔系暮Y分和加工。

二是解決成品泥料雜質(zhì)過(guò)多問(wèn)題。壓濾泥板機(jī)和真空練泥機(jī)增加了對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)篩除裝置，以排出泥料中的雜質(zhì)和異物。

泥板機(jī)在進(jìn)料端增加壓濾單元，泥料可從格柵板的孔隙中通過(guò)，但大顆粒異物無(wú)法穿過(guò)格柵板。當(dāng)泥塊中存在大顆粒異物時(shí)，壓板將會(huì)推動(dòng)?xùn)鸥癜逑蛳乱苿?dòng)觸發(fā)停止指令，通過(guò)該設(shè)置能將大顆粒異物識(shí)別。大顆粒異物對(duì)后續(xù)生產(chǎn)會(huì)造成較大的阻力，不僅影響后續(xù)工藝的進(jìn)行，同時(shí)也影響產(chǎn)品的細(xì)膩度和品質(zhì)。

真空練泥機(jī)在進(jìn)料口安裝預(yù)篩機(jī)構(gòu)，篩網(wǎng)在凸輪和彈簧的作用下實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，細(xì)顆粒的泥料可穿過(guò)篩網(wǎng)進(jìn)入煉泥機(jī)構(gòu)，雜質(zhì)則會(huì)被篩出避免進(jìn)入工序影響產(chǎn)品的品質(zhì)。

泥料的品質(zhì)直接影響燒成溫度、色相、收縮系數(shù)等，泥料的不穩(wěn)定導(dǎo)致煉制成品的成功率不穩(wěn)定，使企業(yè)生產(chǎn)成本升高。質(zhì)地穩(wěn)定的泥料有助于提高坭興陶產(chǎn)品的燒成率，使坭興陶產(chǎn)品質(zhì)地致密、表面光滑、色澤溫潤(rùn)。同時(shí)有利于提高生產(chǎn)效率，提產(chǎn)能降成本。

2.2 裝置的應(yīng)用效果

一是本研究設(shè)計(jì)的坭興陶煉泥設(shè)備，分別應(yīng)用于坭興陶工藝中粉碎、壓濾、真空煉泥3個(gè)工序，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的裝置可組合應(yīng)用于坭興陶企業(yè)生產(chǎn)，可獲得高品質(zhì)泥料，提高成品率，改善成品質(zhì)量。

二是本研究設(shè)計(jì)的坭興陶生產(chǎn)用球磨機(jī)增加了研磨筒的橫向位移，提高了研磨球與泥料和碎土的接觸面積，使研磨筒內(nèi)部的泥料粉碎得更加的均勻，為后續(xù)雜質(zhì)篩分提供保障，同時(shí)也可提高泥料選出率。

三是本研究設(shè)計(jì)的壓濾泥板機(jī)在壓板工作前增加壓濾功能，能對(duì)泥塊中的石塊或者其他異物進(jìn)行過(guò)濾篩出，避免石塊或者異物影響泥板的生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)也有利于保護(hù)壓輥，減少石塊和異物對(duì)輥面的損傷。

四是本研究設(shè)計(jì)的真空練泥機(jī)在螺旋擠壓和真空去泡工作前增加過(guò)濾篩分功能，通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的篩網(wǎng)對(duì)泥料中大顆粒雜質(zhì)過(guò)濾，進(jìn)一步改善泥料的品質(zhì)，提高泥料的穩(wěn)定性，優(yōu)化成品陶瓷的外觀。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，將改進(jìn)后的坭興陶煉泥設(shè)備應(yīng)用于坭興陶生產(chǎn)，能逐步改善泥料品質(zhì)，減少泥料中的雜質(zhì)和異物，獲得高品質(zhì)泥料，提高坭興陶終端成品率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

3 結(jié)論

綜上所述，改進(jìn)后的坭興陶煉泥設(shè)備，能有效應(yīng)用于坭興陶企業(yè)機(jī)械化、規(guī)模化生產(chǎn)，有利于提高生產(chǎn)效率，提產(chǎn)能降成本；能有效改善和保證坭興陶煉泥水平，提高泥料品質(zhì)。從裝置的應(yīng)用效果來(lái)看，采用上述系列坭興陶煉泥設(shè)備生產(chǎn)獲得的泥料穩(wěn)定細(xì)膩、雜質(zhì)少、氣泡少，采用該泥料產(chǎn)出的坭興陶產(chǎn)品質(zhì)地致密、表面光滑、色澤溫潤(rùn)。