攪拌混合設備結構及應用研究

摘 要：攪拌混合機是一種常見機械設備，文章主要進行混合機設備結構及應用技術的探索。文章研究對象為雙螺旋錐形混合機、臥式螺帶混合機、犁刀式混料機、槳葉式混合機、無重力混合機五種結構的攪拌混合機，主要針對設備性能、工作原理、結構配置、設備特點等方面進行研究。

關鍵詞：攪拌混合機 攪拌 螺旋

攪拌混合機是一種常見機械設備，主要用于混合、攪拌、均質等工藝。其主要作用包括：將不同的原料混合在一起，形成均勻混合物；通過攪拌，將混合物平均分布，使各種原料充分混合；將混合物中的物質顆粒進行分散，達到均勻的狀態；通過化學反應生成所需的化學物質或產品等。攪拌混合機廣泛應用于垃圾處理、制藥、食品、化工等行業，需要根據具體的生產需求如功率、容量、攪拌形式等進行結構設計，設備結構形式多樣，大都為定制化產品，本文將重點研究其中5種攪拌混合機的結構及應用[1]。

1 臥式螺帶混合機

1.1 工作原理

臥式螺帶混合機的混合原理是強制剪切攪拌型混合，主要由混合倉、攪拌器、驅動裝置三個基本部分構成，工作時，外螺旋帶在動力的驅動下，把物料從U型倉兩端向中央地帶推動，內螺旋帶把物料從中間向兩端推動，從而形成對流混合[2]。混合機出料口設置在混合機筒體底部中央，外層螺旋帶的蝸旋結構與主軸旋轉方向配合，將筒壁內側的物料驅趕至中央出料口處出料，從而確保筒體內物料出料完全。

1.2 結構配置

常見的攪拌物料混合類型各異，大致可分為：不同種類粉料混合、同種物料不同批次混合、液體添加粉料攪拌至漿料、粉料添加少量液體混合、漿料增稠或稀釋、顆粒料與粉料混合、不同顆粒料混合、團塊料破碎混合、冷卻或升溫混合等。臥式螺帶混合機可以根據物料的不同性質配置不同類型的攪拌器。

為了達到較好的攪拌效果，臥式螺帶混合機通常配置氣動曲面翻板閥，閥門的曲面翻板可與筒體弧面完全貼合，從而確保在攪拌過程中，沒有攪拌死角。除常用的氣動曲面翻板閥外，還可以根據物料形式選擇配置粉體球面閥、梅花錯位閥、滾筒閥、旋轉喂料閥等。

臥式螺帶混合機的筒蓋上可設置不同形式的開口，滿足不同的工況下使用。依照開口作用可設置人孔、清理門、投料口、排氣口、除塵口等，開口形式有法蘭式標準開口、快開式帶蓋門口；混合機可設置成筒蓋全開式，便于清理設備內部。

1.3 設備特點

臥式螺帶混合機裝載系數大、設備占地面積小；剪切槳葉可以使物料混合均勻；根據產量需求設備可做大型機，價格相對其他類型混合機比較便宜。但設備缺點也較明顯：設備啟動載荷特別大，滿載荷啟動困難，費時費電；出料有殘留。

2 雙螺旋錐形混合機

2.1 工作原理

雙螺旋錐形混合設備憑借內部懸臂上的兩根非對稱螺旋在繞自身軸線上自轉的同時，由懸臂驅動，繞筒體中心軸旋轉形成公轉[3]。

雙螺旋錐形混合設備能夠形成4種方向的作用力：

（1）兩根非對稱螺旋自轉，將物料向上提升。

（2）懸臂慢速公轉，將物料做圓周循環運動。

（3）螺旋公轉與自轉相互配合，將物料受螺旋旋轉吸收，同時向圓周方向排散。

（4）被提升至上部的兩股物料流向筒體中心匯合，形成從中心向下的流向，填補底部的空缺帶，從而形成了整體的循環作用流。

2.2 結構配置

雙螺旋錐形混合機裝載專用的雙輸出減速機組合箱，采用擺線針輪、齒輪、蝸輪蝸桿形式組合定制而成。混合機的驅動裝置與物料性質、啟動方式以及工藝要求等密切相關，可根據實際需求進行配置。

雙螺旋錐形混合機搭載配置粉體球面閥或梅花錯位閥；粉體球面閥凸起球面貼合螺旋底部運行曲面，較大程度減少攪拌死角，并實現較大口徑放料口面積，確保放料殘留，球面閥具備對粉體、液體乃至負壓狀態較好的密封性；裝載梅花錯位閥可實現簡易操作，控制放料速度，并可組合長螺旋底部支撐裝置。閥門的驅動分為手動、氣動、電動三種。

2.3 設備特點

雙螺旋錐形混合機結構簡單，容易做大型機；對熱敏性物料不會產生過熱現象；可以加噴霧裝置和加熱。缺點：混合時間長，效率低；設備高度高，相同混合容量，雙螺旋設備要求高度是其他設備兩倍，甚至更高；設備底部有物料死角，需要對底部物料反復混合，避免死角。

3 犁刀混合機

3.1 工作原理

犁刀式混合機通常采用單軸式攪拌結構，主軸上連續錯位安裝多組犁刀式攪拌器，此結構可保證運轉時，產生不間斷式的漩渦離心作用力，最大程度上避免攪拌死角。設備工作時，結團性物料通過在犁刀混料機內安裝的高速飛刀，結合犁刀攪拌器攪拌物料時形成的對流循環作用，對物料進行打散、分離[4]。高速飛刀通常安裝于犁刀混料機筒，在攪拌時，物料受犁刀驅趕至飛刀有效范圍，飛刀進行高速剪切。

3.2 結構配置

犁刀混料機的犁式刀頭采用可拆卸式，從而提升刀頭更換效率。為了提升犁刀的耐磨度，減緩犁刀磨損，可對犁刀進行耐磨處理。混合機也可根據不同的物料種類、性能從而配置不同的攪拌器。高速剪切飛刀也有多片式十字刀、雙葉蓮花刀等多種形式。臥式犁刀混料機可與臥式螺帶混合機采用類似結構，配置氣動曲面翻板閥，確保在攪拌過程中，物料混合均勻。

3.3 設備特點

犁刀混料機的混料速度和接觸面積都較低，適用于復雜混合場合；混合面積大，混合速度快，效率高。設備缺點：不能實現精細化混合；在混合過程中容易損傷粉體的顆粒形狀。

4 無重力混合機

4.1 工作原理

無重力混合機可用于粉體、顆粒、纖維等物料的混合，擁有強力的攪拌作用力，在短時間內實現快速混合，特別擅長處理比重、細度、流動性等物理性質差異比較大的物料之間的混合。無重力混合機裝載著兩根同時異向向外旋轉的平行槳葉軸，每根軸上搭載十字槳葉，在驅動裝置的同步作用下，兩根的十字槳葉軸的運行軌跡成相交關系，且錯位嚙合。驅動裝置驅使槳葉軸快速旋轉，旋轉的槳葉產生離心力，將物料有效拋灑至筒內上空部分，達到拋物線的高點后下落（拋物線的高點也稱為瞬間無重力狀態），物料再受槳葉的驅趕，在筒體內往復循環混合，并受雙軸的嚙合空間混合、剪切、分離，致使物料快速混合均勻。

4.2 結構配置

無重力混合機根據不同的物料性質可對雙軸槳葉進行適應性調整。如：增設耐磨攪拌葉片、增設四氟攪拌葉片、鋸齒形攪拌葉等無重力混合機可增設高速破碎軸于筒體內部，配合攪拌物料流起打散作用。無重力混合機常規配置雙門式翻板大開門出料閥，確保攪拌無死角，使混合物料更加均勻[5]。

4.3 設備特點

無重力混合機優點：速度快、混合效率高、可密封操作，經濟環保；添加飛刀后可實現對帶纖維物料的混合；大開門出料方式，出料時間短，卸料干凈，結構緊湊。設備缺點：在混合過程中容易有混合死角；在混合過程中容易損傷粉體的顆粒形狀。

5 槳葉式混合機

5.1 工作原理

槳葉式混合機由動力組驅動主軸旋轉運行，主軸上分布若干且軸向連續的槳葉，槳葉成一定的角度安裝，在運轉時翻轉物料，使物料進行多向的運動，且形成較小的助力，不會破壞物料，運轉平穩。

5.2 結構配置

槳葉式混合機分為平板槳葉與剃刀槳葉，適用于攪拌含顆粒的物料，特別適用于蓬松的物料以及彈性物料的混合。攪拌槳葉自帶攪拌角度，配合旋轉軸驅趕物料混合。該攪拌機內部設計結構簡單，可加裝耐磨片、四氟片，另外可襯涂各種涂層，如四氟涂層、合金涂層等[6]。

5.3 設備特點

槳葉式混合機具有槳葉轉速高、葉片數量多、覆蓋面積大的優點，能夠充分混合粉體和顆粒狀物料，混合效果比較好；結構緊湊，占地面積小，適用于較小的生產場所，也方便進行移動。缺點：啟動時需要消耗較高的能量；不容易徹底清洗干凈，易產生交叉污染。

6 結語

實際生產中，物料的性質、啟動方式以及攪拌方式不同，通常對驅動裝置的要求也不相同，可以根據實際需求配置不同功率、不同輸出轉速的混合機驅動裝置。混合機還可加裝多種組件使用，常用的有盤管蒸汽夾套、循環介質夾套、高速飛刀、溫度探測、稱重系統、除塵凈化等組件；混合機的夾套依照不同的熱源介質采用不同形式的夾套，可升溫可冷卻，高溫度在250攝氏度內[7]。為了使液體能均勻地分散混合于主料內，添加少量液體時，需配置噴液噴霧裝置。

常見的混合機除雙螺旋錐形混合機、臥式螺帶混合機、犁刀式混料機、槳葉式混合機、無重力混合機外，還包括連續式混合機等結構類型。在實際應用中，混合機可以與垃圾處理生產線等進行配合，可以根據混合物料的種類、批處理能力、混合效率等情況選擇不同結構的混合機，對處理后的垃圾物料進行混合，以便后續進行進一步處理。

基金項目：2022年度湖南省教育廳科學研究項目一般項目，基于RDF的生活垃圾生態處置工藝與設備研究（編號：22C0916）。

參考文獻：

[1]周吉嘉.混合機性能優化與自動化控制研究[J].冶金管理，2023（23）.

[2]黨林貴，郭淑雪，王定標，等.不同組合槳攪拌器攪拌特性的數值研究[J].鄭州大學學報（工學版），2013（03）.

[3]曾真，李振南，唐濤，等.雙螺帶式攪拌器的攪拌特性及關鍵結構參數研究[J].飼料工業，2024（02）.

[4]鄒俊偉，王勛華，姜方鴻.大型犁刀式混合機腔體組件結構與工藝設計[J].機械研究與應用，2023，36（03）.

[5]劉配，胡玉杰，趙峰，等.快速清理雙軸槳葉混合機的設計開發[J].糧食與食品工業，2022，29（02）.

[6]盛玉龍，武凱，孫宇，等.雙軸混合機槳葉結構改進及數值模擬研究[J].機械設計與制造，2019（09）.

[7]楊曉晨，盧鵬偉.淺談混合機在中藥固體制劑生產中的應用[J].機電信息.2017（05）.