三足式敞口离心机出料装置的设计研制

朱洪江，于东林，张阿南

(1.吉林化工学院机电工程学院，吉林吉林132022;2.吉林市特种设备检测中心，吉林吉林132022)

三足式敞口离心机在化工生产过程中是一种常用的设备，通常用于物料的成品或半成品的脱水.一般情况下，对于疏松性质的物料的脱水，离心机是完全能够胜任的.因为物料脱水后质地比较松散，所以过滤包很容易被取出.但是，在某些情况下则不然.例如某试剂厂新上马的淀粉胶项目，其生产流程为:稀料配制—反应釜搅拌加热—离心机脱水—干燥机烘干—粉碎机粉碎—成品包装.其中，离心机脱水工艺就出现了取料难的问题.原因是在内腔较大而敞口较小的离心机内，从反应釜出来的淀粉胶稀料经脱水后是呈蜡状的，质地发硬并且相互粘合为一体，如图1所示.对于这种情况，厂方常用的办法是停车后手工清出，除此之外目前并没有其他更好的办法.即耗时又费力，生产效率低下［1-8］.

图1 离心机构造及物料状态

对脱水工序所用的敞口离心机构造进行了仔细的观察和认真的研究，为其设计安装了一套机械出料装置.该装置能在不停车的状态下使90%左右脱水后的淀粉胶在离心机中被高速切削而飞出，过滤包内10%左右的余料可待停车后轻松取出.

1 取料方式的设计原理

对于图1所示的情形，不妨采用带有一定角度的切削刀来对脱水后的蜡状淀粉胶进行切削，凭借离心机的高速运转即可使切屑直接喷射出离心机敞口见图2.

图2 切割方式示意

2 实现切削方式的机构运动简图设计

2.1 切削刀运动轨迹

根据离心机的空间结构及场地的实际情况来看，出料装置的机构切削刀的运动轨迹应满足如图3所示的轨迹要求.

图3 切削刀运动轨迹

2.2 机构运动简图的设计

根据上述要求设计的机构运动简图如图4所示.

图4 出料装置机构运动简图

2.3 实现一支摇臂进行全程操作的机构组合

(1)升降运动采用齿轮齿条机构;

(2)横向移动采用梯形螺纹丝杠机构;

(3)采用滑套机构，见图5将二者结合在一起

图5 滑套组合结构

2.4 可拆卸的切削刀及过载缓冲结构的设计

可拆卸的切削刀及过载缓冲结构的设计如图6所示.笔者采用扭簧式套管来连接切削刀和主杆，当切削刀与物料的接触力过大时，切削刀会被迫旋转切削角度，但又始终保持与物料接触.这样既保证切削的连续性，又不会损坏装置与设备.

图6 切削刀结构及过载缓冲示意

3 出料操作过程

(1)首先摇动摇臂(方向视安装情况定)放下主杆到既定的限位位置，见图3过程1).在这一过程中，主杆靠重力的作用下降，并通过齿条带动齿轮及摇臂同步转动，故摇臂状态为被动，直至主杆的重力与其上端的弹簧拉力达到平衡为止.

(2)继续同方向摇动摇臂，此时摇臂变为主动状态.促使齿轮沿着丝杠的梯形螺纹带动主杆向前移动直至止点(见图3过程2).

(3)继续同方向摇动摇臂，由于齿轮已经运行到丝杠前端的止点，不能再继续前移，只好随丝杠一起转动，带动齿条使主杆克服上端的弹簧拉力而再次下降直至最低点(见图3过程3).在这一过程中，摇臂的状态仍为主动.该过程亦即切削出料过程.

(4)反方向摇动摇臂，主杆在上端弹簧的拉动下上升至弹簧与主杆重力的平衡点(图3过程4)，此过程摇臂为被动.

(5)继续反方向摇动摇臂，齿轮带着主杆沿丝杠后退至后端止点(图3过程5).该过程摇臂状态为主动.

(6)继续反方向摇动摇臂，由于齿轮已经被丝杠后方的止点限制不能继续后移，只能随着丝杠一起转动，从而带动齿条及主杆上移回至起始点(见图3过程6).此过程为摇臂齿轮带动齿条克服主杆的重力使之上移的过程，摇臂的状态为主动.

注意:最后必须将摇臂固定好，防止主杆自动下降.

(7)停车将过滤包连同剩余的物料取出后即可进行下一次投料脱水.

(8)说明:为防止切削刀刮伤过滤包，本装置的设计只能出90%左右的物料，余下仍需手工清理.

4 结 论

通过生产现场的实际应用，该装置的出料效果非常好，不但超出了预期的设计目的，而且还有更多的收获，具体结论如下:

(1)解决了出料难题，保证了企业的正常生产;

(2)出料速度快，生产效率高.加装置之前每出一次料需30分钟左右，加装置之后只需7～8分钟.若采用两个过滤包轮流作业，生产效率可达加装置前的4倍左右;

(3)操作极为简单，只需摇动摇臂即可完成全部操作;

(4)在切削出料过程中，通过控制切削刀的吃刀量还可以控制颗粒度，即吃刀量越浅颗粒度越细;

(5)由于第4点的原因，90%左右的物料被省去了生产流程中的粉碎工序;

(6)由于第4点的原因，90%左右的物料呈粉末状飞出时在很大程度上已经被风干了，因此干燥工序所需的能量又被节省了大部分;

(7)综上所述，该装置已接受过了实践的检验，具有操作简单，高效节能的特点.该装置制造安装精度较低，没有特殊要求，便于普及.

［1］王月梅.理论力学［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［2］刘鸿文.简明材料力学［M］.北京:高等教育出版社，2008.

［3］周凤云.工程材料及应用［M］.武汉:华中科技大学出版社，2002.

［4］王选逵.机械制造工艺学［M］.北京:机械工业出版社，2006.

［5］鄢立群.机械设计基础［M］.北京:化学工业出版社，2011.

［6］何铭新，钱可强，徐祖茂等.机械制图［M］.北京:高等教育出版社，2010.

［7］吉林工业大学金相教研室.热处理基本知识［M］.北京:机械工业出版社，1982.

［8］上海市金属切削技术协会.金属切削手册［M］.上海:上海科学技术出版社，1984.