如何提升混砂机生产率？

（一） 碾轮式混砂机

碾轮式混砂机是铸造生产中使用历史最久的一种混砂设备，迄今仍在生产中被采用。这种混砂机对于要求每小时混砂量很大的铸造厂来说，其生产率比较低的缺点是很明显的。但它多年来并未被淘汰的主要原因是它的混砂质量较好。

碾轮式混砂机的工作原理如图2-24所示，它的主要工作部件是碾轮和刮板。

图2-23　双轮式松砂机

1—松砂轮；2—罩壳；3—三角皮带；4—电动机；5—支架；6—排风管

图2-24　碾轮式混砂机传动系统示意图

1—电机；2—联轴器；3—减速箱；4、5—锥齿轮；6、7、8、9—斜齿轮；10—主轴；11—十字头；12—曲臂；13—碾轮；14—外刮板；15—内刮板

刮板的作用之一是将散布在整个碾盘上的造型材料刮到两个碾轮在碾盘上所能作用到的范围之内，使其都能受到碾轮的碾压。与此同时，刮板还起到搅拌、混合型砂的作用。

碾轮的主要作用是碾压型砂。在混制膨润土湿型砂时碾压作用是很重要的。碾轮的另一重要作用是对黏土、煤粉和水进行搓揉，使之包覆在砂粒表面上。

碾轮对砂粒的搓揉作用可以用对碾轮在混砂机碾盘上的运动分析来说明 （见图2-25）。从图2-25中可以看出轮毂上任何一点的牵连速度 （当碾轮水平轴围绕混砂机垂直主轴旋转时）u＝ωR＝变数，而碾轮表面上各点的相对速度 （当碾轮绕其水平轴旋转时）ω＝ω1r＝常数。

图2-25　碾轮与砂层的相对滑动速度

（a）内侧平面；（b）中性平面；（c）外侧平面

从图2-25 （a）、（b）、（c）可见，碾轮表面与碾盘 （通过型砂层）接触各点的牵连速度u与相对速度ω方向相反。故碾轮上1、2、3点的绝对速度v＝u⇀+ω⇀＝u-ω，因此除了点2是滚动外，1、3及其他各点均是滑动。正是碾轮与碾盘之间的相对滑动，使处于两者之间的型砂受到 “搓”的作用，促进了将黏土—水覆盖在砂粒表面上。

碾轮的碾压力是依靠其本身的重量产生的，因此碾轮结构较笨重。这就使碾轮混砂机主轴转速限制在30r/min左右。另外碾轮混砂机的装料量受到下述限制：在碾压前砂层厚度不应超过碾轮直径1/3的高度，否则将妨碍碾轮绕其水平轴旋转。不仅如此，由于开设在底盘上的卸料门不能太大，否则难以关闭严实，因而使碾轮混砂机的卸料时间不得不延长。上述原因造成碾轮混砂机的混砂周期长、生产率低。

在碾轮混砂机结构的演变中，利用弹簧来增加碾轮对型砂的碾压力是这种混砂机设计上的一个重大突破。

图2-26 （a）为一种混砂机的混碾机构，图2-26 （b）为其弹簧加压机构原理图。弹簧左端通过支架连接在十字头上，弹簧右端与碾轮的曲臂的另一端连接。当碾盘上的砂层厚度h0增大时，碾轮上抬，碾轮轴通过曲臂围绕固定在十字头上的水平轴作顺时针回转，使弹簧压缩从而增加了碾轮对型砂的碾压力。

采用弹簧加压力的碾轮混砂机，其碾轮重量有所减轻，其主轴转速有所提高，但转速仍不超过40r/min。

为了保证混制出的型砂质量好，碾轮混砂机的混砂周期不应少于5min。

图2-27为一个混砂周期的时间分配，若设定加料时间为15s，卸料时间为45s，则对于5min的周期来讲，实际混砂时间为4min。若将混砂周期缩短为3min，那么实际混砂时间仅为2min，显然这样难以获得性能好且均匀的型砂。

为了提高碾轮混砂机的生产率，美国Simpson公司推出了双碾盘碾轮混砂机。它是连续工作的，即连续不断地将造型材料加入混砂机，同时混砂机连续不断地从其卸料门卸出型砂。

图2-26　弹簧加压碾轮混砂机

（a）SZ1114弹簧加压碾轮混砂机的混碾机构；（b）弹簧加压机构原理图
1—弹簧加压机构；2—摇臂；3—内刮板；4—碾轮；5—外刮板；6—壁刮板；7—曲臂轴；8—碾轮轴；9—立柱；10—十字头

图2-27　混砂周期的时间分配

如图2-28所示，双盘碾轮混砂机实际上是由两台碾轮混砂机构成，两个碾盘中的主轴转速相同而转向相反。旧砂等造型材料连续不断地由加料口加到一个碾盘中，受到碾轮的碾压并随刮板一起运动。当到达两个碾盘的相交处时，有一部分砂子被刮板推向另一碾盘中，因而砂子在双碾盘上的运动轨迹呈 “8”字形。卸料门设在另一碾盘的围圈上。卸料门的开启程度可以调节，因而型砂在混砂机中的逗留时间及混砂机的生产率可以调节。

双盘碾轮混砂机由于连续工作而节省了加料和卸料时间，使其生产率得到提高。但是有部分型砂走捷径晚进早出，混碾时间不足，因而混砂均匀性差，型砂性能难以控制。这种混砂机最初是应用于美国大量生产但品种变化不大的汽车铸件铸造厂。对于铸件品种多、铁砂比变化大，需要适时对型砂配比进行调整的型砂处理工部，这种连续工作的混砂机的应用就受到了很大的限制。

（二） 摆轮式混砂机

摆轮式混砂机如图2-29 （a）所示，它的轮子（即摆轮，一般为2个或3个）是水平安装的，其轮缘是橡胶的。摆轮式混砂机工作原理如图2-29 （b）所示，垂直的主轴带动转盘回转，摆轮除绕垂直主轴中心线作公转外，还在离心力作用下绕短轴摆出而压向混砂机衬有橡胶的围圈内壁。在转盘侧面位于每个摆轮之前装有一个砂铲，它除了起到翻动、搅拌砂子作用外，还将砂子扬起并抛到后面的摆轮和围圈之间使砂子受到摆轮的碾压（见图2-30）。

由于利用离心惯性力碾压型砂，摆轮本身的质量就可减轻，因而主轴转速可以提高。一般摆轮式混砂机的主轴转速为75r/min，普通型砂所需混碾时间为75s。

摆轮式混砂机的卸料门开在其围圈上，它利用几个砂铲来卸料。卸料时间只需10s。

在混砂机的上方装有用于旧砂和新砂定量的称量装置，而膨润土、煤粉可采用空气喷射法通过围圈加入混砂机中 （见图2-31）。这样加料时间可以缩短到5s。

图2-28　双盘碾轮混砂机

因此，用摆轮混砂机混制普通型砂的混砂周期为75+10+5＝90 （s）。(www.xing528.com)

在碾盘直径相同的条件下，摆轮式混砂机的一次加料量要多于碾轮混砂机的，因为后者受限于碾轮的直径。

因此，摆轮式混砂机的生产率较高。

图2-29　摆轮式混砂机

（a）实物照片；（b）机构原理图
1—主轴；2—转盘；3—短轴；4—摆轮

此外，摆轮式混砂机在混砂的同时还可使型砂得到冷却。这是因为混砂机旁边装有一台鼓风机（见图2-32），从碾盘下面鼓风，穿过被砂铲扬起的砂子，借助于水分蒸发使型砂降温。由于鼓风量是可控的，当加入粉料时将强通风关闭，而在混砂机上部由于其截面积大使风速大为下降，故粉料损耗很少。

（三） 无轮式混砂机

无轮式混砂机亦称转子式混砂机，它有诸多种不同的结构形式。现列举以下三种。

图2-30　摆轮式混砂机混砂过程示意图

图2-31　用空气喷射法向摆轮式混砂机加粉状材料

图2-32　用鼓风机向摆轮式混砂机吹风使型砂降温

1—鼓风机；2—阀门；3—底盘中间的通道；4—十字头；5—砂流；6—气流

1.Eirich转子式混砂机

Eirich转子式混砂机的主要混砂工具是其在四周固定着许多叶片的转子 （见图2-33）。转子安装在混砂机盖子上，与驱动电动机通过三角皮带直接连接。

Eirich转子式混砂机的一个特别之处是其底盘和围圈（两者连为一体）是旋转的，不过其转速很低（6～10r/min），而且其旋转方向与转子相反。它的作用是将物料连续不断地供应给高速旋转的转子。除了生产量大的大型混砂机以外，这种混砂机的底盘与水平面倾斜一定角度，其目的是为了有助于处于底盘边缘的砂子靠重力下落到转子上。

图2-33　Eirich转子式混砂机

图2-34　转子式混砂机的卸料门

Eirich转子式混砂机的转子传递给砂子较高的能量。转子的直径越大、转速越高，则转子外围的线速度越高，而且对型砂的搓研作用也越强，所达到的生产能力就越高。当然，转子的直径和转速既受限于向其工作范围内的供砂量，也受限于其结构方面的因素。根据混砂机的底盘直径大小、转子的外径一般在300～500mm范围内，而转速则为700～1000r/min，转子外围的线速度在20m/s左右。随底盘一起旋转的砂子主流与转子叶片所抛出的砂流两者之间形成速度差很大的两股逆向物流，由此而产生的剪切力对型砂起到搓研作用。

Eirich转子式混砂机还有另一混砂工具——混砂犁。它的作用是将加入到混砂机中各种组分混合均匀。它的转速一般是碾盘的4倍，旋转方向也与碾盘的相反。

Eirich转子式混砂机的转子的驱动电动机容量占总装机量功率的60%左右，而底盘及混砂犁的驱动电动机共占约40%。其卸料门位于底盘中央 （见图2-34），开启时先向下移动，然后旋转一定角度以便卸料通畅。

Eirich转子式混砂机是一次加砂量较多，混砂周期为140s，因此生产率高。

2.KW 转子式混砂机

KW转子式混砂机（见图2-35）的垂直主轴带动三个刮板一起旋转来翻动和混合型砂并将其推向上部的转子工作区。

以高速并与主轴旋转方向相反旋转的转子借助于剪切力和摩擦力使膨润土进一步分散。转子所抛出的砂流与随刮板一起运动的型砂的主流两者之间所形成的两股逆向物流相遇时产生的剪切力对型砂起到搓研作用。

KW转子式混砂机的由主轴带动的三个刮板的电动机容量占总装机功率的70%，而转子的电动机容量仅占30%。其卸料门位于围圈上。KW转子式混砂机的混砂周期为135s。

3.GF转子式混砂机

GF转子式混砂机（见图2-36）的转子除以围绕其本身的中心轴以高速自转外，还围绕位于碾盘中心的轴线按相同的方向低速公转。壁刮板和靠近底盘的犁片将型砂引导到转子的工作范围内以保证强烈的混合。壁刮板还具有清理围圈内壁挂砂的功能。旋转的卸料门开启度大，有助于缩短卸料时间。

GF转子式混砂机转子的传动电动机容量为总装机功率的60%～64%，混砂周期为90～100s。

图2-35　KW 转子式混砂机

从图2-36中还可看到卸料门下方的中间斗，其容量应能容纳一批型砂。混砂机卸料门前设置中间斗对于避免运送制备好的型砂的皮带运输机被压死是必要的。

（四） 混砂机的选择

用于混制湿型黏土砂的混砂机有许多种。不论混砂机的结构形式如何，也不论其混砂原理是碾压、搓揉还是搅拌、剪切，只要能保证充分的混砂时间，就都能使型砂达到优良的性能。其区别只是混砂时间的长短不同而已。对于任何混砂机来讲，足够的混砂时间可保证向型砂输入足够的能量，这是获得优质型砂的必要条件。因此，保证混砂机的比有效功达到一定的数量（见本章第二节）应被看做选用混砂机的首要准则。