真空练泥机中的搅泥机构及作用原理

图2.36　集中驱动的传动形式

图2.37　分散驱动的传动形式

（一）动力传动部分

多轴式真空练泥机的传动形式基本上分为集中驱动和分散驱动两种。集中驱动是指电动机通过联轴器或离合器（或一级皮带传动）经齿轮减速器分别带动上轴和下轴转动，如图2.36所示。分散驱动是指上轴和下轴的转运分别由两台电动机和两套传动机构驱动，如图2.37所示。

集中驱动的优点是结构紧凑，占地面积小，但运动链较长，齿轮减速器中齿轮数目较多，如图2.36（a）所示，故需要加工的零部件数目较多，装配和维修较困难。为克服上述缺点，可设计为上轴和下轴采用链传动，则电动机通过标准减速器经联轴器带动上、下轴的转动，使结构得以简化，如图2.36（b）所示。集中驱动形式多用于中小型真空练泥机。

分散驱动的优点是上、下轴能够分别起动，操作比较灵活。此外，对需要较大功率的大型真空练泥机，分散驱动可使用两台容量较小的电动机，给配电带来方便。分散驱动的缺点是传动装置体积庞大，机械效率低。分散驱动形式多用于大型真空练泥机。

真空练泥机通常在负载下启动。为了便于启动，在电机与传动装置之间一般都装设离合器，待电机启动后，再接离合器，驱动练泥机。

（二）搅泥混合部分

由加料槽、搅泥螺旋、梳子板、挤泥筒等组成。主要作用是泥料喂入、破碎、搅拌混合、输送，最后将初练的泥料挤压入真空室，并从用泥料本身形成对真空室的密封。

加料槽均为水平安装布置，槽内壁可作成轴向凹槽，以增加泥料的摩擦阻力，防止泥料在槽内转动。料槽长度取决于加入料的形式，如为泥饼，约取800mm～1000mm；如为泥段或泥片条，600mm就可。

在加料槽内，搅泥螺旋的结构有两种不同的形式，一种是不连续螺旋纹刀，另一种是连续螺旋绞刀。不连续螺旋绞刀对泥料有较强烈的破碎、搅拌和混合作用，为大多数练泥机所采用。连续螺旋绞刀只用于精练泥料的练泥机。

当加料槽内为不连续的螺旋绞刀时，在加料槽内壁的螺旋绞刀向上转的一侧安装梳子板，以阻止泥料随绞刀转动，并把泥料挡回加料槽内，如图2.38所示。为了操作安全，此侧也是操作位置。

不连续螺旋绞刀的刀片，按截面形式不同，可分为矩形截面和六角形截面两种，如图2.39所示。矩形截面的刀片容易制造，但使用时有刀片粘泥现象。六角形截面刀片使用效果好，但其制造比较困难。

图2.38　加料槽

1-不连续螺旋绞刀　2-梳状挡泥板

图2.39　刀片截面形状

对不连续螺旋绞刀，其刀片沿轴上的螺旋方向可分别错开90°或60°排列，在空间形成不连续的螺旋面。刀片最好用不锈钢制造，应有高的硬度和光洁度。刀片与主轴用螺栓联接，可使刀片排列形成的螺旋升角大小得以调整。

使用时，通常刀片的螺旋升角α=15°～25°，绞刀两端刀片的螺旋升角调得较大（如25°左右），中间部分刀片的螺旋升角调得较小（如15°左右），以使泥料在加料槽中能得到比较充分的混合。为了使泥料顺利地进入上挤泥筒的连续螺旋绞刀中，最后一把刀片应该是连续螺旋绞刀的延伸部分，见图2.40。

图2.40　不连续与连续螺旋绞刀的衔接

图2.41　料槽中连续螺旋绞刀和压料滚筒

当加料槽内为连续螺旋绞刀时，则一般应装设供压料用的滚筒，如图2.41所示，以防泥料在槽内聚集。滚筒具有光滑的表面，直径为绞刀直径的（0.5～0.75）倍，滚筒与绞刀的连心线的倾斜角为40°～50°，滚筒转速取为绞刀转速的（2.2～3）倍，长度与料槽长度相等。

挤泥筒（连续螺旋绞刀外的圆筒）不仅可以输送泥料而且还可以挤压泥料，可得到致密的泥段。通常筒内壁都开有沿圆周等分排列的轴向凹槽或其他形式的凹槽，以阻止泥料在挤泥筒内产生圆周方向的旋转。

上轴挤泥筒的一端和加料槽联接，另一端和真空室相连，其连续螺旋和挤泥筒都是锥形的，锥度为10°左右。为便于安装，大多数做成剖分式结构。

【信息提示】

上轴对真空室密封的密封段长短。

（三）挤泥出料部分

由连续螺旋绞刀、挤泥筒、机头和机嘴等组成。

1.连续螺旋绞刀

连续螺旋绞刀设置在真空练泥机上的不同部位，有圆柱形或圆锥形。其作用除了输送泥料外，还能对泥料进行揉练、混合和挤压。其结构形状是否合理，直接影响到挤制产品的产量、机器的动力消耗和泥段质量等。

决定螺旋绞刀结构形状的主要参数是：螺旋升角、螺距、螺旋头数以及断面形状等。

（1）螺旋升角

绞刀的螺旋升角对练泥机的工作性能有重要的影响，应该合理选择。螺旋升角与螺距之间的关系如下：

式中：α——螺旋升角，°；

h——螺距，m；

r——螺旋线上各点所在圆周的半径，m。

由于绞刀螺旋面上各点的螺距相等而所在圆周的半径不同，因此，各点的螺旋升角是不一样的。螺旋面外缘的螺旋升角最小，与轴毂联接处螺旋升角最大。螺旋升角的最大值与最小值之差称为侧滑角。侧滑角的存在，使螺旋槽中的泥料有沿着半径向远心方向滑动的趋势，从而增大泥料与机壳之间的摩擦，有助于防止泥料的转动。通常所说的绞刀螺旋升角是指平均半径处的螺旋升角，即

式中符号的意义和单位同前。

从试验资料（如图2.42和图2.43）得，绞刀螺旋升角在20°～25°的范围内，无论绞刀的转速和泥料的性质如何，练泥机的生产能力较高、单位功耗较低。从图中可以看出，螺旋升角等于23°时，练泥机的效率最高。

图2.42　螺旋升角与生产能力的关系

图2.43　螺旋升角与效率的关系

（2）螺距

真空练泥机大多采用等螺距的螺旋绞刀，以保证能顺利将泥料输送到机头、机嘴处去，并防止真空室被堵塞，不等螺距螺旋绞刀多用于不抽真空的普通练泥机，这是因为沿着泥料前进方向，绞刀的螺距逐渐减小，使泥料在输送过程中逐渐受到挤压，有利于排除泥料中的空气。

（3）螺旋头数

螺旋头数越多，制作越难且价格贵，但对泥料挤压更致密均匀。一般来说，练泥机中主要用来输送或揉练的螺旋取单头数即可。

（4）螺旋叶片的断面形状

根据螺旋面母线倾角β（母线和轴线沿螺旋推进方向的夹角）的不同情况，叶片的断面形状有如下三种，如图2.44所示。

图2.44　螺旋叶片的断面形状

图2.45　螺旋叶片断面的受力分析示意图

a）垂直型β=0，即螺旋推泥面同螺旋轴线垂直，如图2.44（a）所示。目前在真空练泥机中常用这种断面形状的螺旋叶片。此种叶片主要沿轴线方向推动泥料，推力F的大小等于泥料前进阻力P，即F=P。

b）后倾型β＜0，即螺旋推泥面同螺旋轴线的垂线后倾了一个角度β，如图2.44（b）所示。螺旋叶片对泥料的推力F可分解为三个分力（图2.45），分力F1用于克服泥料前进的阻力，分力F2会使泥料产生转动，分力F3使泥料有着沿螺旋面向机壳滑动的趋势，它能阻止泥料的转动。但是这种滑动会增加周边处泥料的压力，从而增加泥料经绞刀与机壳之间间隙的回流量。当泥料大量回流时，会急剧降低练泥机的生产能力，并使泥料严重发热，质量变差，因此后倾角不宜过大。

c）前倾型β＞0，即螺旋推泥面同螺旋轴线的垂线前倾了一个角度β，如图2.44（c）所示。前倾叶片中分力F1与F2的作用同后倾叶片的一样，但分力F3使泥料有着沿螺旋面向绞刀中心滑动的趋势，泥料容易跟随绞刀一道转动，并有可能在轴毂上形成部分死泥，因此在一般情况下不采用前倾叶片。

（5）螺旋推进器（又称挤出螺旋）

挤出螺旋安装于下轴螺旋绞刀的末端，它的前端就是机头和机嘴，是挤泥中关系到出泥质量好坏的重要部分。它的作用是将经过抽真空脱气处理且揉练混合好的泥料挤压推送入机头和挤出机嘴并消除“螺旋结构”带来的缺陷。

【信息提示】

缺陷：层裂、“螺旋结构”、局部疏松与气泡夹杂。

现代生产中使用的挤出螺旋都采用双头和三头螺旋，并作了若干改进，以保证推力均匀。另外为消除中心泥料的松散现象，往往将最后一个螺旋面做成前倾型断面，并将螺旋前端做成过度的锥形，如图2.46所示。

图2.46　螺旋推进器的几种改进简图

（a）双头螺旋推进器　（b）双头到三头的螺旋推进器　（c）螺旋叶延伸至末端的螺旋推进器
1-修改后位置　2-原来位置（虚线）

图（a）为克服泥料的“惯性”流动，在多头螺旋的起点略作偏移；图（b）是使用单头→双头→三头的；图（c）是将螺旋叶一直延伸到末端。

2.挤泥筒(www.xing528.com)

下轴挤泥筒一般用铸铁材料（内镶衬套，磨损后可修理或更换，也有在内表面进行镀铬处理的）制成，为使装拆维修方便，常将挤泥筒分节制造，再用法兰联接起来。挤泥筒的形状有圆柱形、圆锥形以及它们的组合，如图2.47所示。

图2.47　挤泥筒形状

圆柱形挤泥筒，制造容易，在输送泥料时阻力小。但当使用一段时间后，由于叶片的磨损，间隙逐渐增大，使泥料在输送过程中，易出现回泥现象。这种现象的产生会使练泥机生产能力下降，并造成泥料产生层裂，影响泥段的质量，同时使功率消耗增加。

圆锥形挤泥筒，可以对泥料有压紧和揉练作用，但同时也增加泥料在筒内移动的阻力，使泥料发热，影响出泥，故较少用。

圆柱、圆锥组合式挤泥筒为上述两种形状的折中方法，常为双轴式真空练泥机所采用。

挤泥筒内壁和螺旋绞刀的径向间隙是影响练泥机工作的重要因素，间隙过大，容易造成回泥，产量下降；间隙小，泥料的回流量少，产量和效率就高。但是间隙愈小，对机器的加工、装配和维修的技术要求愈高，会给制造和使用带来困难。间隙的大小应根据泥料的性质和含水量决定，对于塑性良好、含水量高的泥料，间隙应当小些；反之，对于塑性较差、含水量低的泥料，间隙可大些。目前练泥机的这个间隙一般要求是不大于3mm～5mm。

3.机头和机嘴

机头是指挤出螺旋终止处到机嘴的一段。它为空心筒体，将下轴挤泥筒和机嘴联接起来，起下述作用：

（1）将挤泥筒送入的泥料转换为轴向流动的泥流；

（2）调和、减小或消除泥料由于脉冲输送、速差、螺旋终止突变等带给泥料的缺陷；

（3）形成泥料压力，使泥料受到强的挤压作用从而得到致密均匀并有一定强度的原泥或坯体；

（4）创造泥料流入机嘴的优越条件。

机头的形状和尺寸主要取决于泥料的性质和含水量的高低。对塑性好、水分高的泥料，压力不要很高，机头可短些；反之，对塑性差、水分低的泥料，需要较大的压力，机头要长些，但长的机头将增大泥料的运动阻力，从而增加泥料的回流量和练泥机的功率消耗，泥料可能发热。

机头的形状可分为两种，一种是由圆柱形和圆锥形两部分组合的机头，如图2.48（a）所示，这种机头适用于挤制直径比绞刀小得多的泥段。机头圆柱形部分的长度一般取为等于推进器的螺距，圆锥形部分的锥角取为30°左右。另一种机头具有鼓形的结构，如图2.48（b）所示，这种机头用于挤制直径大于或接近于绞刀直径的泥段。为了得到结构致密的泥料，机头的出口面积不能大于进口面积的两倍。

图2.48　机头

机嘴是出泥的地方。其作用是使挤出的泥段具有一定的截面形状、尺寸和密度。

机嘴的构造和形式如图2.49所示。

图2.49　机嘴的构造及形式

（a）常用机嘴　（b）板式机嘴　（c）具有不同尺寸出口的板式机嘴

常用锥形机嘴的尺寸，根据使用情况有如下经验数据：锥角α=20°～30°，L=（1～1.5）D，1=L/3。在生产中也有采用结构简单、使用方便的板式机嘴，如图2.52（b）所示，它便于更换挤制泥料的截面尺寸，如图2.52（c）所示，根据需要的各种尺寸，在一块厚约25mm的钢板上加工出各种机嘴，改变泥料的截面尺寸时，只要松开固定螺栓，把钢板上尺寸合适的机嘴转到机头处，然后拧紧固定螺栓，即完成更换机嘴的工作，使用比较方便。

【信息提示】

如何解决机头机嘴中的泥料容易出现分层、颗粒定向排列及局部疏松等质量问题。

（四）抽真空系统

泥料进行真空脱气处理意义在于提高泥料的可塑性、均匀密实性、稳定性和机械强度。

真空脱气的原理是将经过练制的泥料送入密封的真空室，让吸附或夹杂在泥料中的气体在低气压下逃逸出来，并用真空泵抽吸排放到大气中去。经脱气处理的泥料再经汇集、挤压，从机嘴出口。

抽真空系统由真空泵、滤气器、真空管道和练泥机本身的真空室等组成，如图2.50所示。

图2.50　练泥机抽真空系统

1-真空室　2-真空表　3-真空管道　4-滤气器　5-放水阀门　6-截止阀　7-真空泵

1.真空泵（见任务22）

真空泵是泥料真空脱气装置中的重要设备。现代练泥机多用一泵一机，优点是方便系统布局、流阻最小，单泵可满负荷运行，技术经济指标高，一次投入少。一泵二机的传统布局方式已逐渐被淘汰。

2.滤气器

滤气器的作用是将从真空室抽出的气体过滤，除去夹在气体中的水滴和尘粒，保护真空泵。过滤介质为棉毛织物和泡沫塑料。过滤介质要经常清洗和更换，以免堵塞，使阻力增大而降低真空室的真空度。

滤气器不宜过小，其结构要方便装拆，底部设有放水阀。它的抽气路径由下往上，充分迥流，让过滤更彻底。

3.真空管道

真空管道应短而直，避免过多的转弯，以减小压力损失，提高抽气效率。

4.真空室

真空室的主要作用是供泥料进行脱气（抽真空）处理，并保持一定的真空度。

对真空室的要求：一不漏气，以保持足够的真空度；二不堵泥，使泥料能从真空室顺利通过，不致产生堵塞现象；三是创造条件尽可能将泥料中的气体排除干净。

真空室一般包括泥料的切割装置、输送装置、密封装置、视孔照明、真空表等。

（1）泥料切割装置

泥料切割装置的主要作用是将经上轴挤泥筒初步挤压、揉练的泥料，切割成条状、块状或薄片状，以便于进入真空室脱气。切割装置常有切片刀和筛板两种。切片刀结构复杂，并给真空室的密封带来困难，故只适用低水分泥料的切割。筛板结构如图2.51所示，结构简单，装拆维修方便。为了减少泥料通过筛板的阻力，筛板应有较大的开孔率。

图2.51　筛板装置

【问题解决】

筛板的安装要求。

（2）泥料输送装置

对于双轴练泥机，真空室内泥料输送装置常用的有如下两种形式。

图2.52　泥料输送装置

①连续螺旋叶片和椭圆形压泥滚筒

这种装置如图2.52（a）所示。其优点：能畅快地输送泥料，真空室不易堵塞。缺点：结构复杂，增加了压泥滚筒轴处的密封难度，维修比较麻烦。同时，在压泥滚筒与绞刀之间、压泥筒两端与真空室内壁之间都会结有不少死泥，这些死泥干硬后落入泥料中会影响泥段质量。

②不连续螺旋绞刀和梳子板

这种装置如图2.52（b）所示。此结构使真空室得到简化，从而增大了真空室的容积，使泥料在真空室内停留的时间较长，而且在真空室内还对泥料进行搅拌，这样能达到较好的抽真空程度，泥料的质量较好。同时，其结构比较简单，维修也很方便。缺点是容易引起真空室的堵塞。造成这种缺点的原因：练泥机运转时泥料往往会粘着在真空室左面内壁上。如果泥料的粘附力不大，当泥料堆积到一定程度时，还会由于自身的重力和刀片拨动而倒塌下来，被下面的不连续螺旋绞刀送走。但是，如果粘附力大，泥料的堆积现象不仅不会减轻，而且愈来愈严重，结果泥料愈堆愈厚，愈堆愈高，在筛板与绞刀之间架起了由泥料堆成的“拱桥”，从筛板挤出的泥料就无法进入下面的螺旋绞刀而堵在绞刀的上方真空室中，最后绞刀空转，真空室上部被泥料堵塞。因此要定期清理，一般为每班清理一次。

（3）真空室的密封

真空室的密封是很重要的，密封不良的真空室，真空度是上不去的。练泥机真空系统的密封问题除设备本身不泄漏之外，还包括进出泥口的密封（靠泥料自行填塞），观察孔等处的静密封（橡胶），转轴处的动密封（填料函）等。

（4）视孔照明和真空表

便于了解真空室中的堆泥情况的和真空度的大小。

【信息提示】

影响真空度的主要因素。

（五）机座

前述的传动系统及真空室部件等都要准确地安装在机座上，从而保证各个主要部件的相对关系、尺寸和装配精度。机座又是整机的主要受力构件，巨大的挤制轴向反力靠它传给基础，所以机座应有足够的强度和刚度。机座可用焊件或铸件，热处理消除应力后机加工。国外机多用焊件，外表整齐美观，重量轻刚度高。国产机多用铸件，笨重耗材，制造周期长。