坭兴陶炼泥设备的研究设计
时间：2023-06-20 10:10:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
黄驰红
（钦州市科学技术开发中心，广西 钦州 535000）
坭兴陶是广西钦州市特产，是中国国家地理标志产品，具有悠久的文化历史。坭兴陶以广西钦州市钦江东西两岸特有紫红陶土为原料，主要分为东泥（钦州江以东的白膏泥）和西泥（钦州江以西的紫陶泥）两种。以紫陶泥硬为骨，白膏泥软为肉，骨肉得以相互支撑并经过坭兴陶烧制技艺烧制后形成坭兴陶。坭兴陶在烧制过程中发生神奇的“窑变”，经窑变陶体表层形成各种斑斓绚丽的自然色彩，质地细腻光润，具有很高的欣赏和收藏价值，被美誉为“土与火的艺术”[1-2]。
炼泥是制作陶瓷器物最基础的工序，器物的好坏往往在原料处理时就已经决定了大半，炼泥的质量直接影响产品品质。多数坭兴陶工艺美术师或工艺师傅凭经验、凭感觉手工炼泥，其产品质量不稳定。目前规模化的泥料生产企业少，且使用的生产设备落后，无法生产高品质泥料。因此，如何提升炼泥质量及产能，是提高坭兴陶成品率、降低生产成本的关键。目前，钦州坭兴陶坭料的生产主要用到球磨机、泥板机、真空练泥机等设备，使用这些设备较手工炼泥生产效率有显著提高。但练泥生产过程中发现这些设备存在一些缺陷。
一是球磨机用于对泥料和碎土进行粉碎混合，在研磨筒转动的过程中，研磨筒内部的研磨球在离心力和摩擦力的作用下，被提升到一定高度后呈抛落或泄落状态落下，对泥料进行粉碎处理[3]。由于球磨机内部的倾斜设置，泥料和碎土往往会堆积在球磨机的出料口处，减小了研磨球与泥料和碎土的接触面积，影响了泥料和碎土的粉碎效果，降低工作效率。
二是泥板机通过两个旋转的压辊对泥块进行辊压，以达到压制不同厚度泥板的目的。现有的泥板机结构简单缺少压滤功能，不能将泥块中的石块或者其他异物进行过滤，泥料中混入石块或者其他的异物会影响泥板的生产质量，进而影响最终产品的质量。
三是真空练泥机是陶瓷行业用于泥料搅拌、揉练、混合和成型的重要设备，在于将料中包含和附着气体通过真空抽吸排出，然后对泥料进行揉练和挤压，使泥料的定向结构得到改善[4]。陶瓷泥料经真空练泥机处理后其物料分布趋于均匀，结构更为紧密，可塑性得到提高，成为具有一定形状尺寸的能够制造产品的泥段。现有真空炼泥机大多不具备对泥料的过滤筛分功能，泥料中如果存在较大的颗粒杂质，会影响后续制成的陶瓷的外观和结构稳定性，影响到陶瓷的质量。
针对现存炼泥设备存在的缺陷，进行相应的改进设计，可使泥料更加充分混匀，提高泥料的均实度，使炼泥质量得到提升，较大提高坭兴陶烧成率，有效提高生产效率，提产能降成本。
1.1 设计思路
将炼泥作业中主要用到的球磨机、泥板机、真空练泥机进行逐一改进，对泥料炼制过程中主要环节进行改善，目标在于获取稳定的高品质泥料，提高坭兴陶成品率和品质。
球磨机的改进思路在于增加研磨球与泥料和碎土的接触面积，提高泥料和碎土的粉碎效果；
泥板机改进思路在于增加压滤功能，对泥块中的石块或者其他异物进行过滤，避免石块或者异物影响泥板的生产质量；
真空练泥机改进思路在于增加过滤筛分功能，对泥料中大颗粒杂质过滤，改善成品陶瓷的外观质量。
将上述改进后的装置，组合应用于坭兴陶生产，可获得高品质泥料，有效提高成品率，降低企业生产成本。
1.2 关键装置的具体设计
1.2.1 坭兴陶生产用球磨机的设计
坭兴陶生产用球磨机主体包括基座、连接座、旋转驱动机构、研磨机构和滑动调节机构，基座和连接座相对设置，基座和连接座之间通过轴承转动连接，有旋转轴，旋转轴近基座一端装配旋转驱动机构的输出齿轮。研磨机构安装于旋转轴的中部，研磨机构包括同轴滑动安装于旋转轴的研磨筒，以及筒内的研磨球。研磨筒靠近输出齿轮一端开设套筒，输出齿轮的端面设置与套筒匹配的导向滑柱。输出齿轮通过导向滑柱带动研磨筒转动，同时套筒与导向滑柱滑动配合，使研磨筒相对输出齿轮前后滑动。滑动调节机构包括连接输出齿轮与研磨筒的弹簧，和安装于研磨筒与连接座之间的滑动组件。坭兴陶生产用球磨机的主体结构如图1所示。
图1 坭兴陶生产用球磨机的主体结构示意图
滑动组件包括安装座、导向圆盘、连接杆、滑球、导向滑槽、连接块、螺杆、调节转轮。安装座设置于连接座的上端，导向圆盘活动套设于旋转轴。导向圆盘右端的上侧设置有连接块，连接块通过销轴与安装座左端设置的安装槽转动连接。导向圆盘的左端设置有导向滑槽，连接杆设置于研磨筒的右端，连接杆右端的安装孔内放置滑球，滑球与导向滑槽滑动连接。螺杆螺纹连接于连接座，螺杆的左端与导向圆盘右端的下侧接触，调节转轮设置于螺杆的右端控制螺杆转动。滑动调节机构结构如图2所示。
图2 滑动调节机构结构示意图
本装置在现有球磨机的基础上增加了研磨筒横向滑动的动作，在研磨筒旋转的过程中，滑球沿着导向滑槽的内壁既滑动又转动，当滑球移动到导向滑槽的下侧时，此时研磨筒与导向圆盘之间的间距缩小，滑球通过连接杆带动研磨筒向左移动，弹簧收缩。当滑球移动到导向滑槽的上侧时，此时研磨筒与导向圆盘之间的间距增加，弹簧回弹，滑球通过连接杆带动研磨筒向右复位。在研磨筒转动的过程中，研磨筒进行横向移动，可增加研磨筒内部的泥料与研磨球的接触面积，使研磨筒内部的泥料粉碎得更加的均匀，提高了泥料的粉碎效果。
1.2.2 压滤泥板机的设计
压滤泥板机主体包括底座、压辊、压料座和压滤单元，两个压辊对称安装于底座内底部，压料座安装于底座上部，压料座底部设置锥形管出料，锥形管出料口对应于两个压辊之间的上方。压滤单元安装于压料座内，对泥块中颗粒状的异物进行过滤。
压滤单元包括固定座、滑柱、压板、栅格板、压料推杆、拉簧、检测板、行程开关、挡片、刮条、刮条推杆。固定座设于压料座的上端，压料推杆固接于固定座，压料推杆的输出端向下连接压板，驱动压板于压料座内纵向滑动。滑柱纵向固接于压板顶部，固定座开设与滑柱配合的导向通孔。栅格板位于压板下方，栅格板四角的滑块分别与压料座下端的滑孔滑动连接。拉簧分别设置于栅格板四角，拉簧的上端均通过凸柱与压料座的外表面固定连接。栅格板左后端的滑块端头处设有检测板，底座的后端设置与检测板配合的行程开关。栅格板上下表面的四角处均设有挡片，挡片与压料座下端的滑孔配合设置。压料座的左侧面设有刮条推杆，刮条推杆的伸缩端设置刮条，刮条可对压板底面进行刮料驱使泥块的分离。压滤泥板机的结构如图3所示。
图3 压滤泥板机的结构示意图
本装置在现有泥板机的基础上增设了压滤单元，对泥块中的石块或者其他异物进行过滤。泥块通过压料座侧面的进料斗进入，压料推杆带动压板对下方的泥块进行挤压，泥块穿过栅格板的矩形孔挤入到锥形管，锥形管对泥块进行初步的挤压，初步成型的泥板将落入到两个压辊挤压成型。压板移动到最底处时，刮条推杆驱动刮条对压板底面进行刮料，驱使泥块的分离。
由于泥块通过栅格板向下的推力较小，拉簧的拉力将阻挡栅格板的下移。当泥块中存在大块的大颗粒异物时，压板将会通过大颗粒异物推动栅格板向下移动，栅格板带动检测板下移挤压行程开关，行程开关输出信号触发停止。人工将大颗粒异物清理后方可继续进行生产，通过该压滤装置确保了泥板的生产质量，使用安全性高。
1.2.3 真空练泥机的设计
真空练泥机的主体包括底座、炼泥机构、旋转驱动机构、真空装置和预筛机构，炼泥机构安装于底座上，包括转轴和依次套设于转轴外的运输筒、真空筒、挤出筒，转轴上依次安装螺旋叶片一、螺旋叶片二，对筒内物料进行搅拌和传输。旋转驱动机构和真空装置安装于底座内部，旋转驱动机构的输出端连接转轴，驱动转轴旋转，真空装置的抽气管连接至真空筒将泥料中的空气抽出。真空练泥机的主体结构如图4所示。
图4 真空练泥机的主体结构示意图
预筛机构安装于炼泥机构的进料口，位于运输筒前部上方。预筛机构包括进料斗、回型框架、滤网框架、滤网、圆筒、弹簧、滑动柱、连接板、凸轮，凸轮电机。进料斗安装于运输筒的进料口，进料斗的内部设置回型框架，滤网框架可滑动安装于回型框架内，滤网框架的内部设有滤网。回型框架和滤网框架设置配合滑动的圆筒和滑动柱，弹簧套设于圆筒的外部，弹簧两端分别与滤网框架、回型框架连接。滤网框架下端设置连接板，回型框架下端开设有与连接板对应的避让孔，进料斗上安装与连接板配合的凸轮，凸轮电机驱动凸轮转动。预筛机构结构如图5所示。
图5 预筛机构结构示意图
预筛机构工作时，凸轮电机带动凸轮旋转，凸轮凸出端推动连接板和滤网框架向后运动压缩弹簧，在凸轮不再与连接板接触后，连接板和滤网框架在弹簧1的弹力左右下复位，实现滤网框架前后往复运动。在滤网的作用下，能够将泥料中较大的杂质筛选出来，使得练出的泥品质更高。
2.1 装置设计解决的问题
一是解决泥料粉碎度不高问题。在现有的坭兴陶生产用球磨机基础上，增加了滑动调节机构，使研磨筒在转动的基础上增加横向往复运动，避免泥料和碎土堆积在球磨机的出料口处无法获得研磨，通过滑动调节机构可有效增加研磨球与物料的接触时间和接触面积，避免泥料大颗粒囤积，提高泥料和碎土的粉碎效果，以便后续工序对泥料的筛分和加工。
二是解决成品泥料杂质过多问题。压滤泥板机和真空练泥机增加了对应的杂质筛除装置，以排出泥料中的杂质和异物。
泥板机在进料端增加压滤单元，泥料可从格栅板的孔隙中通过，但大颗粒异物无法穿过格栅板。当泥块中存在大颗粒异物时，压板将会推动栅格板向下移动触发停止指令，通过该设置能将大颗粒异物识别。大颗粒异物对后续生产会造成较大的阻力，不仅影响后续工艺的进行，同时也影响产品的细腻度和品质。
真空练泥机在进料口安装预筛机构，筛网在凸轮和弹簧的作用下实现往复运动，细颗粒的泥料可穿过筛网进入炼泥机构，杂质则会被筛出避免进入工序影响产品的品质。
泥料的品质直接影响烧成温度、色相、收缩系数等，泥料的不稳定导致炼制成品的成功率不稳定，使企业生产成本升高。质地稳定的泥料有助于提高坭兴陶产品的烧成率，使坭兴陶产品质地致密、表面光滑、色泽温润。同时有利于提高生产效率，提产能降成本。
2.2 装置的应用效果
一是本研究设计的坭兴陶炼泥设备，分别应用于坭兴陶工艺中粉碎、压滤、真空炼泥3个工序，在原有设备的基础上进行了改进，改进后的装置可组合应用于坭兴陶企业生产，可获得高品质泥料，提高成品率，改善成品质量。
二是本研究设计的坭兴陶生产用球磨机增加了研磨筒的横向位移，提高了研磨球与泥料和碎土的接触面积，使研磨筒内部的泥料粉碎得更加的均匀，为后续杂质筛分提供保障，同时也可提高泥料选出率。
三是本研究设计的压滤泥板机在压板工作前增加压滤功能，能对泥块中的石块或者其他异物进行过滤筛出，避免石块或者异物影响泥板的生产质量，同时也有利于保护压辊，减少石块和异物对辊面的损伤。
四是本研究设计的真空练泥机在螺旋挤压和真空去泡工作前增加过滤筛分功能，通过往复运动的筛网对泥料中大颗粒杂质过滤，进一步改善泥料的品质，提高泥料的稳定性，优化成品陶瓷的外观。
经过实验和测试，将改进后的坭兴陶炼泥设备应用于坭兴陶生产，能逐步改善泥料品质，减少泥料中的杂质和异物，获得高品质泥料，提高坭兴陶终端成品率，降低企业生产成本。
综上所述，改进后的坭兴陶炼泥设备，能有效应用于坭兴陶企业机械化、规模化生产，有利于提高生产效率，提产能降成本；
能有效改善和保证坭兴陶炼泥水平，提高泥料品质。从装置的应用效果来看，采用上述系列坭兴陶炼泥设备生产获得的泥料稳定细腻、杂质少、气泡少，采用该泥料产出的坭兴陶产品质地致密、表面光滑、色泽温润。
