基于密炼机真空智能送料系统装置的研究

近年来，随着纳米材料研究深入，发现纳米粒子复合塑料高分子聚合物其性能和功能远远超出单一聚合物材料所具有的特性，使纳米塑料在抗张强度、弹性模量、热变形温度、气体通过性等性能及参数显著提高，促使无机纳米塑料大规模开发与应用；但是，由于纳米粒子质量轻、粘性小，在密炼送料时会产生扬尘甚至回流现象，进而会影响预混合效果。因此，设计一种可以避免密炼机进料口出现纳米粒子扬尘与倒流的系统装置就显得十分必要。

1 密炼机智能真空送料系统装置的要求分析

针对纳米粒子质量轻、粘性小和送料时会产生扬尘甚至回流现象，进而影响预混合效果等问题与不足，参考其他送料装置设计等资料，确立了密炼机智能真空送料系统装置设计要求，具体包括三点内容。

第一，操作方便，送料效率高。

第二，防止扬尘与回流，减少污染和浪费

第三，智能化程度高，恶劣条件下可以正常作业。

2 密炼机智能真空送料系统装置的原理分析

真空送料系统是在负压管路系统中加一个密封容器，隔断真空管路，用它来临时储存将要进入密炼机的原料。密炼机密炼暂时存放原料，称为储料箱，密炼机智能真空送料系统装置的组成如图1所示。

图1 密炼机智能真空送料系统装置

1.真空泵；2.真空管；3.单向阀；4.送料口；5.储料箱；6.密炼机；7.控制面板；8.吸料管

开启真空泵1，对储料箱5进行抽真空；储料箱5内，负压迅速增加，此时，储料箱5一端与真空管2连通，另一端与吸料管8相连接。由于储料箱5被抽真空，吸料管8内会产生很大负压，送料口4输送原料在大气压力作用下从吸料管8进入储料箱5；在真空泵1连续抽气情况下，原料不断被送进储料箱5内，控制面板7和单向阀3均连接在吸料管8上；控制面板7可以根据密炼机6内部的温度状况、所需原料量来反馈调节单向阀3。由于单向阀3正向流通，逆向截至，所以可以有效避免原料回流和产生扬尘问题。由于控制面板7内部是PLC控制系统，可以直接控制单向阀3开口大小，调节密炼机6进料量以及速率，所以可以根据密炼机需要，通过控制单向阀3开启或关闭，增加送料或减少送料，如此便可以达到连续密炼的而效果，直至任务完成，密炼结束为止。

3 密炼机智能真空送料系统装置的实际操作

控制面板可以根据密炼机内部温度状况以及所需原料的量做出反馈；根据需要进一步调节密炼机进料的量，做出增加进料、减少进料或保持原状的操作，送料系统主电路原理如图2所示。

图2 送料系统主电路原理

在送料系统主电路中，利用两个接触器的主触点，KM1、KM2分别接至电机的三相电源线中。其中，相对电源的任意对调，可实现电机正反转，也可达到送料增减目的。假设接通KM1为正转（送料增加），则接通KM2为反转（送料减少）。

真空送料装置PLC控制I/O接线图如图3所示，在进行送料调节过程中，在PLC模块上，当I/0.0有输入信号，即按下S1；当I/0.1有输入信号，即按下S2。以此类推，I/0接线图就是把实际开关信号变成调式输入信号；同理，输出信号也是利用PLC模块把真空送料实际情况用X.0、X.1状态表现出来。

图3 真空送料装置PLC控制I/O接线图

真空送料装置PLC控制程序流程如图4所示。密炼机密炼送料在整个循环过程中，分为增加送料、减少送料、再增加送料以及减少送料直到结束。刚开始，启动时送料，按下SB1启动后，真空智能送料装置开始送料；当碰到行程开关S4，真空智能送料装置增加送料；碰到行程开关S2，真空智能送料装置减少送料；当碰到行程开关S3，真空智能送料装置再次增加送料；碰到行程开关S1，真空智能送料装置再次减少送料。根据密炼机需求，逐渐调节送料量，直至按下开关SB2，密炼结束。

图4 真空送料系统PLC控制的程序流程图

4 可行性分析

4.1 结构可行性分析

4.1.1 真空送料系统

控制面板和单向阀均连接在吸料管上，控制面板可以根据密炼机内部温度状况以及所需原料量来反馈调节单向阀、由于单向阀正向流通，逆向截至，所以可以有效避免原料回流以及扬尘等问题。由于控制面板，可以直接调节密炼机进料的量以及速率，所以可以根据密炼机需要，通过控制单向阀开启或关闭，增加送料或减少送料，如此便可以达到连续密炼的效果。

4.1.2 智能化送料系统

在送料系统主电路中，利用两个接触器的主触点，KM1、KM2分别接至电机的三相电源线中，其中相对电源的任意对调，即可实现电机的正反转，也可达到送料增减的目的，假设接通KM1为正转（送料增加），则接通KM2为反转（送料减少）。

在进行送料调节过程中，在控制面板的PLC控制系统模块上，当I/0.0有输入信号，即按下S1，当I/0.1有输入信号，即按下S2，以此类推，I/0接线图就是把实际开关信号变成调式的输入信号，同理，输出信号也是利用PLC模块把真空送料的实际情况用X.0、X.1的状态表现出来，然后根据密炼机需料进一步调节。

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在真空送料装置PLC控制的程序流程图，密炼机密炼送料在整个循环过程中，分为增加送料、减少送料，再增加送料、减少送料直到结束，刚开始，启动时送料，按下SB1启动后，真空智能送料装置开始送料，当碰到行程开关S4，真空智能送料装置增加送料，碰到行程开关S2，真空智能送料装置减少送料，当碰到行程开关S3，真空智能送料装置再次增加送料，碰到行程开关S1，真空智能送料装置再次减少送料，根据密炼机需求，逐渐调节送料量。直至按下开关SB2，密炼结束。

4.2 技术可行性分析

4.2.1 抽真空送料

开启真空泵，真空泵对储料箱进行抽真空，储料箱内，负压迅速增加。此时，储料箱一端与真空管连通，另一端与吸料管相连接，由于储料箱被抽真空，吸料管内会产生很大负压，送料口输送原料在大气压力作用下从吸料管进入储料箱，在真空泵连续抽气情况下，原料不断被送进储料箱内。

4.2.2 PLC智能化分析

根据密炼机内部温度状况以及所需原料量，利用PLC控制系统控制单向阀开口大小，调节密炼机进料量以及速率。

根据送料系统主电路图，接通KM1或KM2，来设置增加进料或减少进料；再根据真空送料装置PLC控制I/O接线图以及真空送料系统PLC控制程序流程图，对进料过程进一步详细分解。

4.3 操作及经济可行性分析

4.3.1 操作分析

4.3.2 经济分析

操作简单，减少了人力，送料效率与智能化程度高，符合经济性要求。

5 结语

本文从密炼机连续密炼的技术规范要求出发，针对纳米粒子质量轻、粘性小以及送料时会产生扬尘等问题，设计出真空智能送料系统装置，利用密炼机送料管内部与大气压的压强差，从而避免进料口出现纳米粒子扬尘与回流，并根据密炼机所需量进一步控制进料量以及进料速率。本文在充分考虑如何减少电量损耗，改善设备全能化方面仍需要进一步完善。