滚压机设计影响喂料系统的压应力
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滚压机设计——影响喂料系统的压应力
在文章的第一部分，叙述了滚压机的主要特点。 然后,讲述了喂料和挤压质量之间的关系。 对于某个静态差距(无负载) ，滚压机的处理量是由螺旋喂料速度决定的,与滚筒的速度快慢和需要压实的生产材料无关。当处理量是多种多样的时候，控制差距是一个获得相同质量压坯的好方法。对强烈环节紧凑的应力分布的解释和说明，这些应力是分布在由一根周期旋转的螺杆喂料的滚压机上的。
关键词：辊压； 喂料装置； 压坯异质； 差距控制
1．引言
由于滚压机简单、低营运成本的理念，而且用材广泛，所以被用在了许多不同的行业(化工、制药、 食品加工、采矿、矿产、冶金)上。广泛的垃圾回收或处理就是一个新兴的应用领域。滚压机的挤压要比第一眼看上去的复杂。 对很多参数和对滚压机理的缺乏了解导致了滚压机没有产品的优越性。 这篇文章将讲述滚压机的主要部分。 文中将注意力集中在了解喂料装置是如何影响压实质量的。
2. 滚压机的概说〔1-5〕
滚压机的滚压是一个连续的过程。 功能原理很简单：料粉是通过重力方式或者通过一根连接两个方向相反正在旋转的辊子的螺杆喂入。 由材料和滚筒表面产生的摩擦在辊子之间的狭小空间里带出料粉，在这些空隙里粉末产生的强大应力导致了其结构紧凑。 如果滚筒是平滑的或者是槽型的，物料被压紧成致密片 而口袋卷筒将形成煤球型的(如图1所示)。
图1：滚压机中的压块和压坯 1 2.1. 压实机制
辊子之间的空间，一般分为三区，在这三个区由不同的机制作用。喂料区：在这个区颗粒的整理应力很小而且致密性很纯粹； 压实区：在这个区挤压力作用明显；挤压区：颗粒开始塑性变形和/或被压碎。在喂料区和压实区之间的角度是钝角或者是锐角。
图2：由压电传感器测量的应力分布
2.2. 典型应力
辊子间隙间的压应力的正常分布如图2所示。在喂料区当滚筒作用在粉末上的压力很小时(小于0.1兆帕)， 它不能用压电传感器测量。 只有压实区的应力才可以用它测量。 应力扩增在小于直角的情况下发生。 应力增加至最大值，这个最大值相当于到达中性角度。 在许多情况下，角度的改变不和辊子间隙成比例，是因为材料覆盖在滚筒的表面。 直角之后，压坯被排出。 弹出物对应的压力急剧下降。
2.3.滚压机所具有的优缺点：
滚压机滚压物料有以下几个优点：
(1)允许连续运行和有多功能的高生产能力:适合重工业每小时几百吨的生产 (矿产、肥料等)。
(2)压实成本低。 带动滚筒和螺杆运转的能量是有限的。通常，干燥这一步是不需要的。
(3)需要压实的热材料的气温高达1000摄示度是可能的。
然而，这项技术目前还有一些弊端：
压坯的外形和尺寸比冲模挤压出来的不规则。料粉的泄漏也要重点解决。未压碎的料粉也需要再挤压。使用真空除尘系统可以大大减少(可降百分之几)细粉的泄漏 2 [2]。
图3：滚压机的结构
2.4.技术
无论制造商是谁，滚压机的原理都是一样的,而且滚压机都有相似的结构配置。
市场上卖的滚压机的辊子有水平放置的，有垂直放置的，有倾斜放置的，(如图3所示)。两种不同的结构设计要根据滚压机放置位置的合理性来选择最优的设计方案。
在悬臂轴设计中，棍子是被置于框体外面的（如图3所示）。 这种设计通常被用于小型机器；这样的设计便于辊子的维修。 比较大型的机器用中间轴的设计结构，这就意味着，轴的两端是由铰链连接轴承旋转的，而且辊子是位于框体里面的。制造商对A、B、C三种结构的优点持有不同的意见。一般来说，一个辊子的轴承在机体里的作用是固定不变的，然而其他可移动的辊子的轴承是靠水压力调节的
2.5.滚动和挤压系统
辊子选择的方法一般有两种:几何特征(光滑、槽、 和容器设计)和表面硬度。 对于压块，容器造型的优先使用，这是为了减少排除物的问题和挤压造成的破坏：作用于压坯上的最大允许压力很大程度上取决于辊子的直径。 越大的压力被用于越大的机器上。 辊子的驱动组件必须保证两根轴间有一个恒定的转距和一个相等的速度，这是为了阻止辊子较早的被磨损坏和破坏压坯的剪应力的形成。为了防止压块，两个辊子间的旋转速度必须一样。一般来说,液压系统是用来维持滚动轴承座的. 采用这种系统，应用力的调整范围可以更广泛。 3 2.6.喂料系统及隔离
喂料系统是一个好的挤压过程的关键。它必须完成一个统一的连续的物料流动，这是为了恰当而充分的填满辊子间的量从而使压坯形成不均匀质。 该喂料系统还用于密封和除尘装置。 两种不同类型的喂料系统主要是依靠流动特性和粉末的密度来区分使用的。致密性需要制作压坯有足够的质量保证：重力的自由向下喂料和强迫喂料(粉末是被一个或几个螺杆推向辊子的)。
2.7.粉末的除尘
粉末中的空气有两种逃走的方法:通过料粉的轴中心，来到喂料装置处；通过辊子之间的空隙和面夹板。 一些空气可以在棍子内被压缩， 这是一个限制生产量和压实质量的关键因素[2]。 在压实区使用真空除尘可以有效的优化辊压质量和减小未挤压的粉末的泄漏。
3. 在实验室滚压机中喂料和压实相互关系的阐述
3.1.实验室滚压机
实验室进行实验的过程如图示4所示。 滚压机配备了垂直安装的130毫米直径50毫米宽的圆盘。滚压机的详细描述和须知将在3-6给出。
图4：实验室的滚压机：（1）辊子（2）轴承座（3）辊轴（4）水平支撑系统（5）螺旋喂料（6）搅拌器（7）喂料漏斗（8）金属夹（a）压电变换器（b）移动变换器
3.2. 滚压机的吞吐量
对于细粉而言，滚压机的进料量是由两个因素限制的。一方面，进料量是由细粉的除尘能力限制的。而另一方面，压实速度又是由颗粒的弹性度限制的。一般来说， 4 当达到临界流量时压实的质量比较差。在这种情况下，要么是由压实引起的风流影响了喂料（除尘能力差），要么是压实的速度太快。这项研究的所有实验都将在低于这个临界流量时进行。因此，当出现细粉压实没有产生带钢或者带钢的质量差的问题时，不是由除尘能力差或滚压速度过高（挤压时间短）引起的。
3.3.挤压率好的挤压场合
挤压速度和螺杆转速的范围大可在实验室滚压机中得到解决。因此，我们研究了在挤压带钢成形中滚压速度和螺杆速度对它的影响。为了清楚地发觉高低滚压速度的限制对挤压成形的影响我们使螺杆速度固定选择它的挤压速度。在滚压速度低时将发过度挤压，而在滚压速度高时将不形成带钢。
三个操作条件规定如下：
当喂料不足时，由螺旋喂料提供的大量粉末的操作滚压率会太小。在这种情况下，不能挤压微粒物质。
当喂料过多时，由螺旋喂料提供的大量粉末的操作滚压率会太大。滚子与滚子之间空隙的增大是很重要的。在喂料过多的情况下，挤压出来的物质质量会差而且未挤压的粉末的流失也很严重。
好的挤压率是在处于喂料不足和喂料过多之间的挤压率。当挤压材料时产生的带钢具有足够的凝聚力和力学强度时，才会有好的挤压率。
图5：不同辊子对应不同旋转速度的压坯的输出 5
图6：辊子的不同速度对应不同的旋转速度而且物料的输出依靠旋转速度而不是和辊速成正比
当螺杆转速固定时，滚压吞吐量是由多种能够形成好的挤压的滚压速度衡量的（如图5所示）。对于固定的旋转速度，滚压机的吞吐量也是个常数。在图6中，吞吐量是由多种滚压速度下的旋转速度决定的。这个吞吐量要比螺杆单独作用时的吞吐量小。由滚动产生的压力改变了粉末在螺杆内的滑动状态。
3.4. 轧辊辊缝的变化
如果上布的轧辊能纵向移动，当传动力是恒定时轧辊的缝就能从初值增加到一个恒定值。恒定值是轧辊作用在压实材料上的平均压应力的作用。它也是辊速度vr的作用，轧辊的生产量是QC,材料的压实密度是Qs，轧辊宽是L，压实材料的摩擦系数是f[3]：e=Qc／[LVrρs(1-ξ)] 辊缝测量有许多工作要点（辊速度和螺旋转动速度），国际质量曲已给出(如图7所示)。
