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【摘 要】针对引信敏感性，通过分析研究现有多种混合机的优缺点，从混合锅结构、引信加料、引信出料以及混合过程安全性考虑设计研究一种安全、操作简单、耗能少的二维摇滚型引信混合机。
【关键词】二维摇滚型；引信；混合机
一、引言
混药是将各组份的药物均匀混合在一起的过程。引信是一种十分敏感的混合物，是通过几种金属和非金属混合而成。由于引信敏感性，引信混合成为一道关键且又具有危险性的工序，混合质量的优劣直接影响到引信效应与性能。因此引信的混合更为特殊，引信混合机的设计与研究成为引信混合中的关键。
二、混合机的比较
引信混合归属于粉体混合，粉体混合机按传统分类有两种：容器旋转型混合机和容器固定型混合机。容器旋转型粉体混合机的容器形状有圆筒形，双圆锥形（或称W形）和V形。随着对混合质量的不断提高，新型容器运动型粉体混合机逐渐发展起来，代表有两种：摇摆式混合机和摇滚式混合机。
在我国目前的研究来看，这些混合机从无到有，逐渐形成生产规模，并广泛应用于农业、食品、饲料及矿山等行业的生产实践中。
1 摇臂；2 联杆；3 摩擦轮；4 料桶；
5 动支架；6 电机；7 电机；8 固定支架；9 减速机；10 链轮
图1 二维摇滚型混合机结构及容器运动示意图
单一水平转鼓混合主要以扩散为主，由于物料运动方式单一恒定，导致混合速度慢、精度低，易引起分层等不良效果，且轴向的混合效果非常差。对要求稍高一点的混合，很难满足工艺要求。
二维摇滚型混合机是料桶在自旋（产生扩散混合）的同时，增加一个与其独立的摇摆运动（迫使物料在轴向上运动），这样的混合效果与水平转鼓式混合大不一样：原先只具备径向扩散混合能力的料桶，受到由于摇滚所产生的一股强力轴向脉冲，使得其中物料在每一瞬间均要受到扩散混合与对流混合的联合作用，从而大大提高了混合效率与混合精度[2]。
二维摇滚型混合机的结构如图1所示，其料桶一方面由电机、链轮、摩擦轮带动绕自身轴线旋转，一方面由电机、摇臂、联杆带动作幅度为40°的摇摆运动。
二维摇滚型混合机的运动特点与传统容器旋转型粉体混合机不同，料桶参与的运动是复合运动而不是单一的定轴转动。料桶的瞬时角速度是一个变量，其值可表示为
（1）
ω1与ω2的方向互相垂直。ω1为料桶自转角速度，数值为一常值，但方向有变化；ω2为摇动角速度，其方向固定，但数值是变量，其数值为
（2）
式中：φ为摇臂转动角度，φ1为摇臂转动角速度。
（3）
（4）
在式（2）～（4）中，a为摇臂长度，b为联杆长度，c为联杆上端摆动中心与容器摆动中心的连线长度。另外k也是一个很重要的参数，
（5）
其中，n1为容器每秒自转转数，n2为容器每秒摇动次数。在所进行的实验中k为1时混合效果较差，k为1.8时混合效果最理想[2]。
综上所述，二维摇滚型混合机结构简单，但运动过程均由电机控制。而对于存在高度敏感性的引信混合，该混合机无法保证整个引信混合过程中的防爆性。
因此我们将从引信混合质量和安全性等方面设计研究一种二维摇滚型引信混合机。
三、引信混合机构设计研究
1、理论分析与技术研究
引信混合机的混合对象是引信——由金属和非金属组成的粉体颗粒，因此混合机实现的混合原理与颗粒的混合机理有着紧密的关系。
粉体颗粒自身由于没有离子、分子的扩散作用，因此对粉体颗粒的混合操作则必须通过外力进行移动。目前普遍认可的是Lacey划分的三种混合机理的理论，分别是对流混合、剪切混合和扩散混合（图2），此外还包括冲击混合与粉碎混合[1]。
扩散 对流 剪切
图2 粉体混合过程的三种混合机理
粉体颗粒混合物在不同混合容器中主要由对流混合、剪切混合及扩散混合三种混合机理不同程度的影响着混合作用和混合质量。
引信是十分敏感的混合物，而且需要混合的材料颗粒大小、流动性与密度大小的差异都很大，因此在混合过程中不能通过搅拌方式到达所要求的混合质量，这就只能通过混合锅的多维运动和混合锅的特殊形状来实现混合效果。并且要求保证整个混合过程的安全性。
2、方案设计
首先，混合机采用二维摇滚工作原理、锅体采用圆筒形结构和在锅内安装20个柱状挡块，实现原料颗粒看似二维实则多维的各种运动轨迹，从而达到所需求的混合质量；
其次，考虑到引信对振动冲击的高度敏感性，混合机设计以旋转料筒倒料的方式将引信倒入混合锅中，以保证引信加料安全；
第三，引信混合机混合结束后，设计出料采用直接出料方式来实现；
第四，引信混合机从人工加料、到混合、到出料整个过程应该满足火工品的安全规范。
四、总结
混合是最古老的化工单元操作[1]，为保证物料混合质量，针对不同行业衍生出了一系列不同类型的混合机。混合机是实施混合的直接设备，其类型直接影响到混合物的流动性及质量。引信混合机的设计研究采用二维摇滚混合工作原理、变化混合锅形状和内部结构设计使整个混合过程多变来完成引信混合，在新型容器运动型粉体混合机的基础上有一定的提高。引信混合机操作简便、灵活，并且提高了对人身安全的保障，避免在引信混合过程中发生不安全隐患。
参考文献：
[1]卢厚根.粉体技术导论[Z].上海同济大学出版社，1998：198-200. 24-27.
[2]张文华 赵厚林.纵谈二维（摇滚）运动混合机与混合质量[J].机电信息，2004，1（78）：45-47.
[3]谭锐 黄茶香 钟自奇 柳继昌 李凯.新型烟花爆竹药剂混合机[J].花炮科技与市场，2010
[4]陈敏慧 华齐庆 柳继昌.三维混合、粉碎机[J][J].花炮科技与市场，2010 32-35.
[5]欧阳鸿武 何世文 陈海林 刘咏.粉体混合技术的研究进展[J].粉末冶金技术，2004，22（02）：104-108.
作者简介：
李小汝：（1981-），女 ，硕士，讲师，现任教于四川工程职业技术学院机电工程系，研究方向：机械设计制造、自动控制。
【关键词】二维摇滚型；引信；混合机
一、引言
混药是将各组份的药物均匀混合在一起的过程。引信是一种十分敏感的混合物，是通过几种金属和非金属混合而成。由于引信敏感性，引信混合成为一道关键且又具有危险性的工序，混合质量的优劣直接影响到引信效应与性能。因此引信的混合更为特殊，引信混合机的设计与研究成为引信混合中的关键。
二、混合机的比较
引信混合归属于粉体混合，粉体混合机按传统分类有两种：容器旋转型混合机和容器固定型混合机。容器旋转型粉体混合机的容器形状有圆筒形，双圆锥形（或称W形）和V形。随着对混合质量的不断提高，新型容器运动型粉体混合机逐渐发展起来，代表有两种：摇摆式混合机和摇滚式混合机。
在我国目前的研究来看，这些混合机从无到有，逐渐形成生产规模，并广泛应用于农业、食品、饲料及矿山等行业的生产实践中。
1 摇臂；2 联杆；3 摩擦轮；4 料桶；
5 动支架；6 电机；7 电机；8 固定支架；9 减速机；10 链轮
图1 二维摇滚型混合机结构及容器运动示意图
单一水平转鼓混合主要以扩散为主，由于物料运动方式单一恒定，导致混合速度慢、精度低，易引起分层等不良效果，且轴向的混合效果非常差。对要求稍高一点的混合，很难满足工艺要求。
二维摇滚型混合机是料桶在自旋（产生扩散混合）的同时，增加一个与其独立的摇摆运动（迫使物料在轴向上运动），这样的混合效果与水平转鼓式混合大不一样：原先只具备径向扩散混合能力的料桶，受到由于摇滚所产生的一股强力轴向脉冲，使得其中物料在每一瞬间均要受到扩散混合与对流混合的联合作用，从而大大提高了混合效率与混合精度[2]。
二维摇滚型混合机的结构如图1所示，其料桶一方面由电机、链轮、摩擦轮带动绕自身轴线旋转，一方面由电机、摇臂、联杆带动作幅度为40°的摇摆运动。
二维摇滚型混合机的运动特点与传统容器旋转型粉体混合机不同，料桶参与的运动是复合运动而不是单一的定轴转动。料桶的瞬时角速度是一个变量，其值可表示为
（1）
ω1与ω2的方向互相垂直。ω1为料桶自转角速度，数值为一常值，但方向有变化；ω2为摇动角速度，其方向固定，但数值是变量，其数值为
（2）
式中：φ为摇臂转动角度，φ1为摇臂转动角速度。
（3）
（4）
在式（2）～（4）中，a为摇臂长度，b为联杆长度，c为联杆上端摆动中心与容器摆动中心的连线长度。另外k也是一个很重要的参数，
（5）
其中，n1为容器每秒自转转数，n2为容器每秒摇动次数。在所进行的实验中k为1时混合效果较差，k为1.8时混合效果最理想[2]。
综上所述，二维摇滚型混合机结构简单，但运动过程均由电机控制。而对于存在高度敏感性的引信混合，该混合机无法保证整个引信混合过程中的防爆性。
因此我们将从引信混合质量和安全性等方面设计研究一种二维摇滚型引信混合机。
三、引信混合机构设计研究
1、理论分析与技术研究
引信混合机的混合对象是引信——由金属和非金属组成的粉体颗粒，因此混合机实现的混合原理与颗粒的混合机理有着紧密的关系。
粉体颗粒自身由于没有离子、分子的扩散作用，因此对粉体颗粒的混合操作则必须通过外力进行移动。目前普遍认可的是Lacey划分的三种混合机理的理论，分别是对流混合、剪切混合和扩散混合（图2），此外还包括冲击混合与粉碎混合[1]。
扩散 对流 剪切
图2 粉体混合过程的三种混合机理
粉体颗粒混合物在不同混合容器中主要由对流混合、剪切混合及扩散混合三种混合机理不同程度的影响着混合作用和混合质量。
引信是十分敏感的混合物，而且需要混合的材料颗粒大小、流动性与密度大小的差异都很大，因此在混合过程中不能通过搅拌方式到达所要求的混合质量，这就只能通过混合锅的多维运动和混合锅的特殊形状来实现混合效果。并且要求保证整个混合过程的安全性。
2、方案设计
首先，混合机采用二维摇滚工作原理、锅体采用圆筒形结构和在锅内安装20个柱状挡块，实现原料颗粒看似二维实则多维的各种运动轨迹，从而达到所需求的混合质量；
其次，考虑到引信对振动冲击的高度敏感性，混合机设计以旋转料筒倒料的方式将引信倒入混合锅中，以保证引信加料安全；
第三，引信混合机混合结束后，设计出料采用直接出料方式来实现；
第四，引信混合机从人工加料、到混合、到出料整个过程应该满足火工品的安全规范。
四、总结
混合是最古老的化工单元操作[1]，为保证物料混合质量，针对不同行业衍生出了一系列不同类型的混合机。混合机是实施混合的直接设备，其类型直接影响到混合物的流动性及质量。引信混合机的设计研究采用二维摇滚混合工作原理、变化混合锅形状和内部结构设计使整个混合过程多变来完成引信混合，在新型容器运动型粉体混合机的基础上有一定的提高。引信混合机操作简便、灵活，并且提高了对人身安全的保障，避免在引信混合过程中发生不安全隐患。
参考文献：
[1]卢厚根.粉体技术导论[Z].上海同济大学出版社，1998：198-200. 24-27.
[2]张文华 赵厚林.纵谈二维（摇滚）运动混合机与混合质量[J].机电信息，2004，1（78）：45-47.
[3]谭锐 黄茶香 钟自奇 柳继昌 李凯.新型烟花爆竹药剂混合机[J].花炮科技与市场，2010
[4]陈敏慧 华齐庆 柳继昌.三维混合、粉碎机[J][J].花炮科技与市场，2010 32-35.
[5]欧阳鸿武 何世文 陈海林 刘咏.粉体混合技术的研究进展[J].粉末冶金技术，2004，22（02）：104-108.
作者简介：
李小汝：（1981-），女 ，硕士，讲师，现任教于四川工程职业技术学院机电工程系，研究方向：机械设计制造、自动控制。