三维运动混合机的性能及其影响因素

纪荣 2023-09-19

结合工作实际对三维运动混合机的性能及其影响因素进行浅析，首先基于混合原理对当前混合机的应用进行阐述，并提出相应的实验内容和实验方法，通过对比实验、物料实验和混合度实验对混合机进行性能测试，最后根据实验结果对影响混合机性能的相关因素进行探讨和分析。

Part

引言

混合是工业生产常见的操作，特别在化学工业生产，如饲料、食品、化肥等等，甚至在精细陶瓷、医药和其他相关日常常见的化学生产区域，混合也成为了产品生产的必须步骤。特别是近年来纳米材料应用和亚微纳米的兴起，化学企业对混合工艺的生产和混合作业的设备提出了更高的要求和标准，这在某一程度上刺激促进了混合机的发展。混合机是一种主要对固体粉粒物料均匀混合的混合设备，在实际工作中可以使得材料实现高均匀度和较好的流动性。

Part

混合机原理

最为常见的混合设备原理有三种，依靠容器转动、依靠容器固定内部器件转动、依靠容器和内部器件全部转动。而固体粒子在混合时必须依赖以下原理（机理），首先由于粒子群内的速度分布，各粒子之间的相对摩擦和碰撞，俗称剪切混合；其次粒子在小范围内部的运动简称扩散混合；最后的是对流混合，主要涉及颗粒在大尺寸范围内的随机运动。在混合机内部作业中，三者都存在，而由于处理的物料和相关要求的效果不同，其对混合的影响也不尽相同，并且在对混合速率的影响定量关系中难以完全依靠理论分析，因此当前多数混合机的工作和其他混合操作还依旧依靠相关的作业经验。这是混合机做性能测试的最初目的，也是实际工作的一项重要的需求。

Part

混合机性能测试的内容和方法

此处主要针对三维混合机的测试。三维混合机属于容器回转型的混合机，最为常见的有双锥型混合机和V 型混合机，后者在当前工业应用中比较常见，因此此处以它和三维运动混合机的工作性能进行对比。

实验主要分为三个部分，分别是混合机对比实验、物料实验和混合程度实验。混合机对比实验主要对比两个混合机在相同的物料和配比下混合的性能以及相同配比下且装填系数不一致的粉料在两混合机作业的效果；物料实验主要考虑材料的粒度、密度、流动性和团聚性等物理特征，在物料实验中将不同的物料分别进行混合机的测验；混合程度主要考虑在混合物料中控制组合的组分，通过物理和化学的混合度计算实现对混合机的工作性能评估。

Part

混合机的实验结果和数据分析

在对比实验上，通过对比三维运动混合机和V 型混合机在不同时间阶段的混合度对其进行性能的分析和评估。实验表明在混合时间30 秒时，V 型混合机的混合度为65% 而三维运动混合机的混合度为95%，并且两者随着混合时间的变长混合度也逐渐上升，直到混合时间为480 秒时混合度分别为79% 和98%，其中填装系数分别为14%和13.5%。而在实际工作中影响固体粒子混合的因素主要有：

（1）材料的性质，主要包括混合粒子的粒度和粒度分布、混合粒子的形状、松散程度、含水量、流动性和聚团性等等；

（2）运转的具体条件。主要涉及混合材料的成分配比和相关材料在容器中占据的比例，如上述的填装系数，加入的顺序以及混合机的旋转速率等等；

（3）混合机的本身机械性能，主要包括大小尺寸、几何形状和结构材料等等。

4.1

材料性质影响

混合机的混合材料是影响混合效果的第一因素。在混合材料中，各个单体材料的物理差异性较大（包括密度、形状和粒度等）。差异较大的物料对于混合机的作业来说较为困难，甚至会出现自然分离的现象，有关文献将其称为分料。在实验中，V 型混合机的在粒径差异较大的物料实验中，30 秒时混合度仅为65%，而此时三维运动混合机的混合度已达到95%。并且当三维混合机在填装系数73% 高于V型混合机的10% 的情况下，30 秒的混合周期其仍然可以达到混合度73% 的效果，而此时V 型混合机仅为58%。这也从一个角度上说明，当物料条件较为苛刻（单体物料的粒度、密度和形状差异较大）时，三维运动混合机基本不会出现分料情况。

4.2

运转具体条件的影响

运转条件主要考虑的是混合机的填装系数，实验表明虽然三维运动混合机的填装系数远高于V型混合机，但是无论是混合作业开始还是中途，前者都比后者有更好的混合度。另一方面为了使物料能够通过聚散和交替起落实现混合，V型混合机必须拥有较大的混合空间以便物料能有分散的空间进行混合，因此在填料上V型混合机通常只有40% 左右的利用率。对比之下，三维运动混合机的结构和运转特性更加科学，其能使物料周期性旋转、平移摇动及其他混合动作的三维运动，并且能轻易实现对连续物料的交替抖动，物料的混合扩散变得更加快捷和充分，填装系数也可以轻易达到工作需求，混合度实现更加容易。

4.3

混合机的机械性能影响

混合机的机械性能、尺寸和其他设计情况可以影响粒子在混合机内部的运动状态，进而影响整体的作业效果。在实际工作中，V型混合机由于设计了一个基于对称的回转中心线和非对称的容器形状可以使物料在斜圆筒内部进行反复的扩散和合并，实现混合效果。这种设计虽然可以使得物料实现内部的轴向变化但是幅度有限，因此V型混合机的混合作业时间较长。

相比之下，三维运动混合机以其经典的空间六杆结构实现了良好的混合效果，其可以实现三维的周期位置变化，使得容器在任何位置上都可以围绕中心轴线旋转，这使得容器内部的物料对流和扩散更加容易，因此作业效率和混合效果相对优秀。

参考文献

[1] 于洪伟，王德福，张建军. 单轴卧式全混合日粮混合机的试验研究[J]. 农机化研究，2007(04).

[2] 王德福. 双轴卧式全混合日粮混合机的混合机理分析[J]. 农业机械学报,2006(08).

[3] 何延东, 王宇, 高连兴. 饲料混合机的混合机理及工作性能的评定[J]. 农机化研究,2006(02).