一种送料混合装置的制作方法

本发明涉及输送混合设备技术领域，特别涉及一种送料混合装置。

背景技术：

短切纤维增强复合材料在制备过程中，需要将纤维(固体)与树脂材料(液体)均匀混合，且纤维应有较好的各向同性，以提高复合材料产品在各个方向上的受力性能，减少产品内部气孔缺陷等问题。目前一般采用输送混合设备对纤维与树脂材料进行混合。

目前的混合设备在进行短切纤维与树脂材料的混合时，短切纤维的各向同性较差，纤维分布不均匀，且与树脂材料的混合均匀度不高，导致复合材料产品内部气孔增多，局部受力性能较差。物料的输入混合比例得不到很好的控制。

且目前的混合设备无法实现物料的连续输入、连续输送及连续输出，进一步无法实现所需产品的连续生产。

因此，如何解决能够提高短切纤维与树脂材料混合时的各向同性且实现物料的等比例输入输出是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

技术实现要素：

为解决提高短切纤维与树脂材料混合时的各向同性且实现物料的等比例输入输出的技术问题，本发明提供一种送料混合装置，所述送料混合装置包括：

一种送料混合装置，包括送料混合叶轮、混合筒和驱动机构，其中：

所述送料混合叶轮包括多个依次同轴连接的叶轮单元，每个叶轮单元包括基体及至少一个连接于所述基体上的混合齿；其中，所述基体具有回转轴线并可绕所述回转轴线转动；每个混合齿为直杆结构且在长度方向上具有延伸轴线；每个混合齿具有与所述基体连接的固定端、以及同时沿所述基体的转动方向的径向和切向远离所述回转轴线的工作端，且每个混合齿的延伸轴线与所述回转轴线之间的位置符合如下关系：

所述延伸轴线在对应的第一投影面上的投影与所述回转轴线的夹角为5°至17°；其中，每条延伸轴线对应的所述第一投影面由所述回转轴线和与所述回转轴线平行且与所述延伸轴线相交的直线形成；所述延伸轴线在对应的第二投影面上的投影与所述回转轴线的夹角为15°至27°；其中，每条延伸轴线对应的所述第二投影面与所述第一投影面相交并垂直，且所述第一投影面与所述第二投影面的交线为所述回转轴线；

所述多个叶轮单元中，全部混合齿的旋向相同且排列形成至少一组混合齿组，每个混合齿组中的多个混合齿的所述工作端沿螺旋线均匀分布；

所述混合筒套装于所述送料混合叶轮外侧，用于容纳所述送料混合叶轮输送的物料；

所述驱动机构与所述送料混合叶轮传动连接。

本发明提供的送料混合装置中包括送料混合叶轮、混合筒和驱动机构，其中混合叶轮包括多个叶轮单元，每个叶轮单元包括基体和至少一个混合齿，每个混合齿的一端与基体连接，另一端同时沿基体的回转方向的切向和径向远离基体的轴线；多个叶轮单元中全部混合齿排列形成至少一组混合齿组，每个混合齿组中的多个混合齿的所述工作端沿螺旋线均匀分布；该结构的混合齿在进行短切纤维和树脂材料的混合时，有利于将短切纤维充分打散，提高短切纤维的各向同性，且在混合过程中可对物料产生推进力，实现物料的混合和输送同时进行，从而可提高短切纤维与树脂材料混合时的各向同性，且实现物料的等比例输入输出。

可选地，每个混合齿为等截面或变截面结构，且横截面为矩形、梯形、三角形、圆形或多边形中的一种。

进一步地，每个混合齿为等截面结构且横截面为矩形；

所述混合齿的表面形成有四个平面，且其中的一个平面背向所述基体且与所述回转轴线之间的夹角为10°至20°。

可选地，至少一个混合齿的工作端形成有刮料端面，其中，

所述刮料端面为平面且与所述回转轴线之间的夹角为0°至10°；或，

所述刮料端面为弧面且所述弧面的母线与所述回转轴线之间的夹角为0°至10°。

进一步地，在每个混合齿组中，在螺旋线上相邻的两个混合齿的刮料端面之间相向的两端在所述多个叶轮单元的排列方向上的距离为0mm-10mm。

进一步地，每个刮料端面与所述混合筒的内壁之间的最小距离为5mm至10mm。

可选地，在所述回转轴线的延伸方向上，每个混合齿与所述基体接触的部分的长度等于所述基体的长度。

进一步地，每相邻的两个叶轮单元中，一个叶轮单元上的至少一个混合齿与另一个叶轮单元的基体之间设有至少一个连接杆；每个连接杆的两端分别与与对应的混合齿和基体连接。

进一步地，每个连接杆与对应的混合齿和基体之间形成有间隙。

可选地，在所述回转轴线的延伸方向上，每个混合齿与所述基体接触的部分的长度小于所述基体的长度，且混合齿不与所述基体接触的部分与所述基体之间具有间隙。

进一步地，至少一个混合齿不与所述基体接触的部分与所述基体之间设置有至少一个支撑杆，每个支撑杆的两端分别与对应的混合齿和所述基体连接。

进一步地，设有所述支撑杆的混合齿与对应的支撑杆以及所述基体之间形成有空隙。

可选地，所述基体为等截面或变截面结构，且所述基体的横截面外轮廓为中心对称图形。

进一步地，所述基体为圆柱体结构，且连接有2至6个旋向相同的所述混合齿，所述2至6个混合齿在所述基体的圆周方向上均匀分布。

进一步地，所述基体上设有与所述回转轴线同轴的通孔，所述通孔内壁设有键槽。

可选地，每个混合齿组中的所述螺旋线的升角为60°至80°。

进一步地，每个混合齿组中，在所述螺旋线的一个导程上设有10至20个混合齿。

可选地，所述混合筒上沿物料的输送方向依次设有至少一个用于输入物料的进料口及至少一个用于输出混合物料的出料口。

进一步地，所述混合筒的筒壁上沿物料的输送方向依次设有至少一个第一物料进料口和至少一个第二物料进料口；其中，所述第一物料为固体物料或粉末物料，所述第二物料为流体物料；所述出料口设置于所述混合筒的底端。

进一步地，所述混合筒内部在位于所述第一物料进料口背离所述第二物料进料口的一侧设有气压平衡机构，所述气压平衡机构用于形成沿物料的输送方向运动的气流。

进一步地，所述气压平衡机构为设置于所述混合筒内的空气喷嘴或风扇。

进一步地，所述多个叶轮单元通过与其同轴设置的传动轴连接；

当所述气压平衡机构为风扇且设置于所述传动轴远离所述多个混合齿的工作端的一端。

可选地，所述混合筒在设有所述出料口的一端的内壁设有多个气流喷口。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的送料混合装置的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的送料混合叶轮的结构示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的送料叶轮单元的结构示意图；

图4为图3所示的叶轮单元的另一角度的结构示意图；

图5a为图3所示的叶轮单元的另一角度的结构示意图；

图5b为图3所示的叶轮单元的另一角度的结构示意图；

图6a为本发明一种具体实施方式所提供的送料叶轮单元的结构示意图；

图6b为本发明一种具体实施方式所提供的送料叶轮单元的另一种结构示意图；

图7为本发明一种具体实施方式所提供的送料混合装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种送料混合装置，包括送料混合叶轮10、混合筒20和图中未示出的驱动机构，结合图2所示，送料混合叶轮包括多个依次同轴连接的叶轮单元。

参见图3所示，每个叶轮单元11包括基体111及3个连接于基体111上的混合齿112；其中，基体111具有回转轴线01并可绕回转轴线01转动；每个混合齿112为直杆结构且在长度方向上具有延伸轴线02。具体实施中，每个叶轮单元11上的混合齿112的数量最少为一个，根据实际使用需求，还可将混合齿112的数量设置为1-6个；需要说明的是，本发明实施例中的回转轴线01和延伸轴线02均是为了便于说明叶轮单元11的结构而设置的虚拟参考线，并非实际结构。

参见图3所示，每个混合齿112具有固定端1121和工作端1122，其中固定端1121与基体111连接，工作端1122与基体111不直接接触。本发明实施例提供的叶轮单元11中，混合齿112与基体111之间的结构关系可视为由混合齿112的工作端1122沿两个垂直的方向远离基体111的回转轴线01运动而形成，参见图4所示，工作端1122同时沿基体111的转动方向的径向x和切向y远离回转轴线01，则形成图3和图4所示结构的混合齿112，混合齿112的延伸轴线02与回转轴线01为不平行且不相交的异面直线。

为便于说明每个混合齿112的延伸轴线02与回转轴线01之间的位置，参见图5a和图5b所示，本发明实施例中采用延伸轴线02在两个投影面上的投影来进行辅助说明，其中，图5a中所示的一个混合齿112对应的第一投影面a由回转轴线01和与回转轴线01平行且与该混合齿112的延伸轴线02相交的直线03形成，图5b所示的该混合齿112对应的第二投影面b与第一投影面a相交并垂直，且第一投影面a与第二投影面b的交线为回转轴线01。需要说明的是，第一投影面a和第二投影面b同样并非实际结构。

参见图5a所示，该延伸轴线02在第一投影面a上的投影与回转轴线01之间形成夹角α，参见图5b所示，延伸轴线02在对应的第二投影面b上的投影与回转轴线01之间形成夹角β。夹角α使得每个混合齿112相对于基体111外张，可产生混合物料的作用，而夹角α使得每个混合齿112相对于基体111倾斜，可产生输送物料的作用。为使物料的混合与输送的效率同时达到较为优化的效果，本实施例中，夹角α为5°至17°，夹角β为15°至27°。

具体实施中，角度α和角度β的大小需根据混合装置所需混合的物料的密度、粘度、凝固时间等参数进行设置，具体地，在本实施例中，当混合装置用于发泡聚氨酯和短切玻璃纤维的混合输送时，聚氨酯由有机多元异氰酸酯和多元羟基化合物组成、凝固时间约90秒，玻璃纤维长度在6mm左右、直径约13μm左右，且玻璃纤维在待混合物料中的比例为45％左右，在此种情况下将角度α设置为12°、角度β设置为22°，经实验验证得知，可使得聚氨酯与玻璃纤维达到较为理想的混合均匀度，且玻璃纤维的各向同性较高。

具体实施中，叶轮单元11可使用不锈钢材料制成，优选耐磨性能较好的特种钢，以提高使用寿命；具体可采用焊接、铸造一体成型、机加工等方式制造。

本发明实施例中，结合图3和图4可看出，每个混合齿112为等截面结构且横截面为矩形。在其他可选的实施方式中，混合齿112为还可为等截面或变截面结构，且横截面为矩形、梯形、三角形、圆形或多边形中的一种。混合齿112的具体结构需根据所混合的物料自身的相关参数进行设置，具体例如物料的密度、粘度等参数。

本实施例中，在混合齿112的横截面为矩形时，混合齿112的表面形成有四个平面，且如图3和图4所示，其中的一个平面背向基体111且与回转轴线01之间的夹角为15°，经实验得知，该角度可进一步提高混合叶轮的混合输送效率。其他实施方式中，平面与回转轴线01之间的夹角应根据物料自身的相关参数进行设置，具体可为10°至20°。

为便于清除混合筒20内壁残留的物料，参见图3所示，在混合齿112的工作端1122形成有刮料端面1124，该刮料端面1124使得混合齿112的工作端1122形成棱角，在叶轮转动过程中可刮除混合筒20内壁残留的物料。具体实施中，刮料端面1124可为平面或弧面，且刮料端面1124应与回转轴线01基本保持平行，以保证与筒壁上的残留物料有较大的接触面积，提高刮料效率。本实施例中参见图3所示，刮料端面1124为平面且与回转轴线01之间的夹角为0°至10°。其他可选的实施方式中，刮料端面1124为弧面且弧面的母线与回转轴线01之间的夹角为0°至10°。

为保证筒壁上附着的物料尽可能的被刮料端面1124刮除，多个混合齿112上的刮料端面1124在旋转后应形成一个覆盖筒壁的回转面，参见图1所示，在每个混合齿112组中，在螺旋线上相邻的两个混合齿112的刮料端面1124之间相向的两端在多个叶轮单元11的排列方向上的距离h为0mm-10mm，以使多个混合齿112上的刮料端面1124旋转后形成一个基本连续的回转面。同时，为进一步地提高刮料效率，每个刮料端面1124与混合筒20的内壁之间的最小距离为5mm至10mm。

本发明实施例中，由于混合齿112为杆状结构，为保证混合齿112的工作端1122的连接稳定性，可在混合齿112未与基体111连接的部分以及基体111之间设置支撑结构，以对混合齿112的工作端1122进行支撑和固定，提高工作端1122的稳定性。该支撑结构根据混合齿112的不同结构有以下两种设置方式：

方式一，参见图6a所示，在叶轮单元11a中，在回转轴线01的延伸方向上，每个混合齿112与基体111接触的部分的长度l1等于基体111的长度l2。该结构的叶轮单元11中，混合齿112未与基体111接触的部分与基体111之间已经没有空间设置支撑结构，则需将支撑结构设置在与其相邻的叶轮单元1111b上，如图6a所示，相邻的两个叶轮单元1111a、11b中，一个叶轮单元11上的混合齿112与另一个叶轮单元11的基体111之间设有一个连接杆113；每个连接杆113的两端分别与与对应的混合齿112和基体111连接。具体地，连接杆113可采用与基体111或混合齿112同样的材料，并通过焊接、粘接、铸造、机加工等方式与基体111和混合齿112连接。每个混合齿112与基体111之间的连接杆113的数量最少为一个，具体实施中也可根据实际需求设置为多个。连接杆113起到支撑混合齿112的工作端1122的作用，可提高工作端1122的稳定性。如图6a所示，连接杆113与对应的混合齿112和基体111之间形成有间隙，该间隙可在混合物料时，进一步起到打散物料、防止物料下落过快的作用。

方式二，参见图6b所示，在回转轴线01的延伸方向上，每个混合齿112与基体111接触的部分的长度l1小于基体111的长度l2，且混合齿112不与基体111接触的部分与基体111之间具有间隙。该结构的叶轮单元11可将支撑结构设置在自身的混合齿112与基体111之间，如图6b所示，混合齿112不与基体111接触的部分与基体111之间设置有一个支撑杆114，每个支撑杆114的两端分别与对应的混合齿112和基体111连接。进一步地，设有支撑杆114的混合齿112与对应的支撑杆114以及基体111之间形成有空隙。支撑杆114的材料、数量、连接方式，以及空隙的作用参见上述方式一。

参见图3所示，为便于进行基体111的加工，本实施例中，基体111为圆柱体结构。在圆柱体结构的基体111上连接有3个旋向相同的混合齿112，3个混合齿112在基体111的圆周方向上均匀分布。其他实施方式中，混合齿112的数量可设置为2-6个。

其他可选的实施方式中，基体111也可为等截面或变截面结构，且基体111的横截面外轮廓为中心对称图形，以保证基体111旋转时的稳定性。

为实现多个叶轮单元11的同轴连接，参见图4所示，基体111上设有与回转轴线01同轴的通孔1111，通孔1111内壁设有键槽1112。再参见图1和图2，多个叶轮单元11通过与其同轴设置的传动轴12连接，传动轴12穿过每个叶轮单元11上的通孔1111。

在多个叶轮单元11组合使用时，为进一步提高物料的混合输送效率，参见图1和图2所示，由于本实施例中的每个叶轮单元11上设置有3个混合齿112，则在多个叶轮单元11中，全部混合齿112的旋向相同且排列形成3组混合齿112组，每个叶轮单元11中的混合齿112与相邻的另一个叶轮单元11的混合齿112在叶轮单元11的旋转方向的周向上错开一定角度设置，使得每个混合齿112组中的多个混合齿112的工作端1122沿螺旋线均匀分布。沿螺旋线分布的混合齿112可起到螺旋输送的作用，有利于提高物料的混合输送效率。具体实施中，在加工键槽时，应保证每相邻的两个叶轮单元11中的键槽1112的位置在叶轮单元11的旋转方向的周向上错开一定角度，以保证各个叶轮单元11中的混合齿112的工作端1122沿螺旋线分布。

在一种具体实施方式中，每个混合齿112组中的螺旋线的升角为60°至80°。另外，每个混合齿112组中，在螺旋线的一个导程上设有10至20个混合齿112。本实施例中的螺旋线升角为70°，在螺旋线的一个导程上设有14个混合齿112，经实验结果验证，该结构的混合叶轮可使聚氨酯与玻璃纤维达到较为理想的混合均匀度，且玻璃纤维的各向同性较高，并且保证较高的输送速度。

参见图1所示，混合筒20套装于送料混合叶轮外侧，用于容纳送料混合叶轮输送的物料，具体实施中，混合筒20的容积大小需根据所需混合输送的物料的体积、反应时间等参数进行设置，具体地，例如采用短切纤维和发泡聚氨酯生产体积为0.5m3的复合材料板，则混合筒20的容积可设置为至少可容纳0.5m3的物料，以便于一次性将物料混合并输送到复合材料板的模具中。

具体实施中，混合筒20上沿物料的输送方向应依次设有至少一个用于输入物料的进料口及至少一个用于输出混合物料的出料口23，以便进行物料的输入和输出。本实施例中，混合筒20竖直使用，物料的输送方向为由上到下的竖直方向，混合筒20的筒壁上沿物料的输送方向依次设有一个第一物料进料口21和一个第二物料进料口22；其中，第一物料为固体物料或粉末物料，第二物料为流体物料；出料口23设置于混合筒20的底端。具体实施中，第一物料进料口21和第二物料进料口22的数量和其所对应的物料种类可根据实际需求进行设置。

具体实施中，第一物料进料口21可用于输入玻璃纤维，第二物料进料口22可用于输入液态聚氨酯，参见图1所示，玻璃纤维在从第一物料进料口21进入混合筒20后，在向下运动的过程中先被至少一个叶轮单元11充分打散，直至成为具有一定的蓬松度的状态，再与从第二物料进料口22进入的液态聚氨酯混合，该结构的第一独立进料口和第二物料进料口22可保证两种物料的均匀混合和等比例输出。混合后的物料由下方出料口23输出，可进入模具等下游设备。

在实际使用过程中，多个叶轮单元11在旋转时会导致混合筒20内部气压大于外部，在各个进料口输入固态物料或粘度较低的液态物料时，有可能会导致物料被吹回到进料口，不利于物料的均匀混合。一种具体实施方式中，混合筒20内部在位于第一物料进料口21背离第二物料进料口22的一侧设有气压平衡机构，气压平衡机构用于形成沿物料的输送方向运动的气流，以抵消叶轮单元11产生的气压，防止物料被吹回。具体地，气压平衡机构可为设置于混合筒20内的空气喷嘴或风扇。

本实施例中，参见图1和图2所示，气压平衡机构为风扇13且设置于传动轴12远离多个混合齿112的工作端1122的一端，混合叶轮在转动时，风扇13可同时产生向下的气流。

参见图7所示，在混合筒20在设有出料口23的一端，有一部分筒壁无法被混合齿112上的刮料端面1124覆盖，为清洁该部分筒壁，防止物料残留，该部分内壁设有多个气流喷口24，以通过喷出的气流清洁筒壁。

图1未示出的驱动机构与送料混合叶轮传动连接、并驱动混合叶轮转动，具体实施中，驱动机构可采用电机、内燃机等发动机作为动力来源，并结合齿轮传动机构或带传动机构等传动机构与混合叶轮连接。具体地，混合叶轮的转速需根据物料在混合筒20内的输送时间设置，具体的输送时间根据生产速率和物料本身特性设置，以保证物料的充分混合和及时输送，例如物料在混合筒20内的输送时间应大于等于物料充分混合的时间，并且小于物料产生反应或凝固现象的时间。本实施例中，当混合短切玻璃纤维和发泡聚氨酯时，根据实验验证，混合叶轮的转速应在4000-6000rpm。

本发明提供的送料混合装置在进行短切纤维和树脂材料的混合时，有利于将短切纤维充分打散，提高短切纤维的各向同性，且在混合过程中可对物料产生推进力，实现物料的混合和输送同时进行，从而可提高短切纤维与树脂材料混合时的各向同性，且实现物料的等比例输入输出。

以上对本发明所提供的送料混合装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。