差速攪拌捏合機的結構創新設計
差速攪拌捏合機的攪拌捏合效果及工作效率主要是由攪拌裝置所決定的。因此，要想提高設備的工作效率與質量，應對攪拌裝置進行結構改進。
1 攪拌軸的結構創新
主攪拌軸的主要功能是攪拌物料，而清潔軸的主要功能是與主攪拌軸進行“嚙合”，并對主攪拌軸進行清潔，同時起到輸送物料的作用。兩軸能夠滿足工作要求，主要是因為連續螺旋線型螺棱的存在。但是對于結構尺寸較大的差速攪拌捏合機來說，這種結構形式加工起來非常困難，而且加工成本也非常高。經過研究，把這種連續的螺棱設計成了若干個按螺旋線斷續排列的螺棱，如圖 2-4 和
圖 2-5 所示，使加工制造方便并降低了成本。同時，為了提高差速攪拌捏合機的傳熱能力及剪切破碎能力，將攪拌軸螺棱進行了鏤空，并在主攪拌軸的螺棱上增加了切刀。
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圖 2-4 清潔軸單元節實體模型
Fig.2-4 The entity model of the cleaning shaft unit
2 筒體的結構創新
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根據攪拌機流場特點，對攪拌機筒體內部進行了改進。在將連續性螺棱設計成斷續排列的螺棱之后，其中的間斷處在正常工作時會有物料堆積粘結的現象出現，這會影響攪拌捏合效果。同時，切刀在長時間工作后也會出現物料粘結在上面的現象，造成剪切破碎能力的下降。因此在攪拌裝置內部設置物料銷柱，銷柱位置設在螺棱斷開處靠近切刀的位置，如圖 2-6 所示。
圖 2-5 主攪拌軸單元節實體模型
Fig.2-5 The entity model of the main mixer shaft unit
圖 2-6 筒體內部結構圖
Fig.2-6 The internal structural drawing of
the shell
3 新型螺棱的設計
文獻[26]中對主攪拌軸和清潔軸的相對運動做了研究，并建立了其相對運動的數學模型。設主攪拌軸轉速為w1 ，清潔軸轉速為w2 ，其相對運動過程如圖 2-7
所示。
根據差速攪拌捏合機的運動原理及工作要求，主攪拌軸和清潔軸存在有以下關系：
式中：
a = d1 + r1 + R2 = d2 + R1 + r2
(2-1)
d1 ——主攪拌軸主軸與清潔軸螺棱頂端之間的間隙
d2 ——清潔軸主軸與主攪拌軸螺棱頂端之間的間隙
R1 ——主攪拌軸螺棱外徑
R2 ——清潔軸螺棱外徑 r1 ——主攪拌軸主軸半徑r2 ——清潔軸主軸半徑
a ——主攪拌軸與清潔軸的中心距
文中建立相應坐標系后，采用反轉法，建立主攪拌軸和清潔軸螺棱相對運動的數學模型如下：
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圖 2-7 主攪拌軸和清潔軸的相對運動模型
Fig.2-7 The relative motion model of the main stirring shaft and cleaning shaft
清潔軸螺棱上任意一點 B 在主攪拌軸坐標系下的運動方程為：
?? X1 = R cos ??(w1 + w2 )t - g ?? + a × cos(w1t)
??Y1 = R sin ??(w1 + w2 )t - g ?? + a × sin (w1t )
（2-2）
式中，w1 、w2 分別為主攪拌軸和清潔軸的轉速， R 為 B 點半徑， g 為 B 點起始位置與坐標系 x2O2 y2 的相位角。清潔軸螺棱上點 B 相對于主攪拌軸的運動模型如圖 2-8 所示。
圖 2-8 攪拌軸上 B 點的相對運動模型
Fig 2-8 The movement model of the point B on the cleaning shaft
圖 2-9 清潔軸螺棱頂端點 B、C 在坐標系 x1o1y1 的軌跡
Fig 2-9 The track of the end point B and C on the cleaning shaft screw edge in the x1o1y1
文獻[26]根據清潔軸與主攪拌軸的相對運動模型建立了螺棱外形曲線數學模
型，并根據數學模型采用 MATLAB 模擬了相對運動過程，如圖 2-9 所示。
圖中陰影部分即為主攪拌軸螺棱的橫截面形狀?？梢钥闯?，此曲線輪廓形狀非常復雜，加工難度大并且加工成本很高。因此本文在保證主攪拌軸輪廓與清潔軸輪廓不干涉的前提下，根據差速攪拌捏合機的工作原理、結構特點及加工制造性，對螺棱外形進行簡化，將螺棱兩側的復雜曲線簡化為兩條直線，如圖 2-4、2-5 中螺棱所示，類似于梯形。