文 献 综 述

一．绪论

搅拌混合设备是化工、冶金、医药、食品、饲料等各种工业反应所不可或缺的重要工具, 搅拌器向搅拌介质中输入机械能量, 使得搅拌介质获得适宜的流动场。 然而, 由于搅拌目的多样性和混合反应的复杂性, 当前, 搅拌混合技术还存在着一些问题, 例如: 搅拌槽内的流动是三维和高度不稳定的湍流, 脉动和随机湍流给流速测量带来了很大困难; 传统轴向流叶轮搅拌器搅拌效率低, 功耗大, 铸造成本高, 难以在大型搅拌装置中放大运用; 在自动化选型和设计问题上, 长期以来一直依靠领域专家根据经验知识人工完成, 智能化水平不高, 导致设计周期较长, 资金和人力物力耗费巨大^[1]。

搅拌釜式反应器广泛应用于化工、医药、有色冶金等工业中，是这些过程工业中重要的操作单元^[2]。在化工,特别是精细化工生产中,搅拌设备的应用是非常广泛的^[3]。比如在化工三大合成生产中, 搅拌设备占反应设备的90 % ,占整个工艺设备的 5 %～ 25 %^[4]。搅拌操作是化工反应过程的重要环节 , 其原理涉及流体力学、传热、传质及化学反应等多种过程 , 搅拌过程就是在流动场中进行动量传递或是包括动量、热量、质量传递及化学反应的过程。搅拌器有两大功能 : ( 1)使液体产生强大的总体流动, 以保证装置内不存在静止区 , 达到宏观均匀;( 2)产生强大的湍动 , 使液体微团尺寸减小。搅拌器选用得当, 液团分割就越细小, 使得混合的组分之间接触面不断增大, 分子扩散速率增加, 也即混合效果越好。在工程设计中, 常用的搅拌器有推进式、涡轮式、框式以及螺带式等。

液压升降台是一种将人或者货物升降到一定高度的升降设备， 主要用于人员登高作业和货物垂直运输。按照升降机构型式，升降台可分为4种类型。即剪叉式升降台、 桁架式升降台、多级液压缸直顶式升降台、悬臂式升降台。其中剪叉式液压升降台结构简单、运行平稳、操作简便，在民航、交通运输、冶金、汽车制造等行业得到了广泛应用。

液压升降平台可根据用户要求定做特殊规格的升降平台。应用于工厂、自动仓库、停车场、市政、码头、建筑、装修、物流、电力、交通，石油、化工、酒店、体育馆、工矿、企业等的高空作业及维修。升降平台升降系统，是靠液压驱动，故被称作液压升降平台。液压升降平台适用于汽车、集装箱、模具制造，木材加工，化工灌装等各类工业企业及生产流水线，可配装各类台面形式（如滚珠、滚筒、转盘、转向、倾翻、伸缩），配合各种控制方式（分动、联动、防爆），具有升降平稳准确、频繁启动、载重量大等特点，有效解决工业企业中各类升降作业难点，使生产作业轻松自如。

电动升降台是一种多功能起重装卸机械设备、电动升降平台升降系统，是靠液压驱动。剪叉机械结构，使升降台起升有较高的稳定性，宽大的作业平台和较高的承载能力，使高空作业范围更大、并适合多人同时作业。它使高空作业效率更高，安全更保障。

液压升降平台发展史：对垂直运送的需求与人类的文明一样久远，最早的升降平台使用人力、畜力和水力来提升重量。升降装置直到工业革命前都一直依靠这些基本的动力方式。古希腊时，阿基米德开发了经过改进的用绳子和滑轮操作的升降装置，它用绞盘和杠杆把提升绳缠绕在绕线柱上。公元80年，角斗士和野生动物乘坐原始的升降平台到达罗马大剧场中竞技场的高度。中世纪的纪录包括无数拉升升降装置的人和为孤立地点进行供给的图案。其中最著名的是位于希腊的圣巴拉姆修道院的升降平台。这个修道院位于距离地面大约61米高的山顶上，提升机使用篮子或者货物网，运送人员与货物上下。1203年，位于法国海岸边的一座修道院的升降平台安装于使用一个巨大的踏轮，由毛驴提供提升的动力，通过把绳子缠绕在一个巨大的柱子上，负重就被提升了起来。18世纪，机械力开始被用于升降平台的发展。1743年，法国路易十五授权在凡尔赛的私人宫殿安装使用平衡物的人员升降平台。1833年，一种使用往复杆的系统在德国哈尔茨山脉地区升降矿工。1835年，一种被称为”绞盘机”的用皮带牵引的升降平台安装在英国的一家工厂。1846年，第一部工业用水压式升降平台出现。然后其他动力的升降装置紧跟着很快出现了。1854年，美国技工奥蒂斯发明了一个棘轮机械装置，在纽约贸易展览会上展示了安全升降平台。1889年，埃菲尔铁塔建塔时安装了以蒸汽为动力的升降平台，后改用电梯。1892年，智利阿斯蒂列罗山的升降设备建成，直到现在，15台升降平台仍然使用着110多年前的机械设备。

二．工作原理

1.搅拌测试平台构成

搅拌器性能测试平台主要由釜体、 搅拌传动装置、搅拌轴与桨叶升降系统、 测试仪器与控制柜等几大部件组成， 并开发了专用软件对搅拌器进行各性能参数实时监测。该技术平台可用于更换不同规格的桨叶、容器及搅拌轴， 实现对搅拌混合时间、 混合效率及搅拌功率等性能指标的测定;亦可以利用仪器观察筒体内液体的流场及速度场。测试平台主体结构原理图如图1 所示。

测试平台的升降系统由传动装置与底座组成， 并由两台电动机提供动力， 其中:一台电动机通过西门子变频器来实现需要的搅拌转速， 其功率也通过变频器传入软件;另外一台电动机利用液压原理实现搅拌轴的升降^[5]。

2.1液压升降系统的分类

液压升降平台分为：固定式液压升降平台、剪叉式液压升降平台、移动式液压升降平台、铝合金式液压升降平台和登车桥液压升降平台等。

2.2液压升降的原理

液压油由叶片泵形成一定的压力，经滤油器、隔爆型电磁换向阀、节流阀、液控单向阀、平衡阀进入液缸下端，使液缸的活塞向上运动，提升重物，液缸上端回油经隔爆型电磁换向阀回到油箱，其额定压力通过溢流阀进行调整，通过压力表观察压力表读数值。液缸的活塞向下运动（既重物下降）。液压油经防爆型电磁换向阀进入液缸上端，液缸下端回油经平衡阀、液控单向阀、节流阀、隔爆型电磁换向阀回到油箱。为使重物下降平稳，制动安全可靠，在回油路上设置平衡阀，平衡回路、保持压力，使下降速度不受重物而变化,由节流阀调节流量，控制升降速度。 为使制动安全可靠，防止意外，增加液控单向阀，即液压锁，保证在液压管线意外爆裂时能安全自锁。安装了超载声控报警器,用以区别超载或设备故障。

电器控制系统通过防爆按钮SB1#8212;SB6来控制电机的转动，隔爆型电磁换向阀的换向，以保持载荷提升或下降，且通过”LOGO”程序调整时间延迟量，避免电机频繁起动而影响使用寿命。

剪叉式液压升降台由主机和液压系统两部分组成。剪叉式液压升降台结构如图 1 所示。

（1)主机

剪叉式液压升降台由工作台、升降构件、底盘、驱动装置组成.工作台是刚性较好的平台、 四周有栏杆，下部由臂架支承。升降台构由剪叉臂架组成。臂架分内臂架和外臂架，它们在中部以销轴铰接。提升高度可分为若干节，一组臂架为一节，每节以臂架端部铰接。液压缸安装在臂架中部的横梁上，油管和电线均固定在臂架上。底盘下装有 4 个行走轮供移动使用。在底盘上面和工作平台下面各有两条导轨,供臂架端部的导轮在其上滚动。整机的液压、电气控制均集中在传动控制箱里。主机液压缸倾斜布置避免了垂直布置时液压缸稳定性不高以及水平布置时受横向力影响密封性能差的缺点，结构更加合理。

（2)液压系统

液压系统采用泵#8212;液压缸传动实现剪叉式液压升降台的正常工作。在上升状态下， 升降台能平稳上升。在停电情况下，升降台能继续上升完成工况。在下降状态下，升降台的速度稳定，平稳的下落，无冲击。在断电的情况下，升降台能固定在某处，不出现因重力和载荷共同作用而突然下落，造成意外事故;或者使升降台继续下降，回到起始点^[6]。

2.3普通液压升降台的简化结构分析

如图1所示,因为图形对称，故可对其中一个铰板组进行受力分析。d 为固定铰支座， a， b两点分别可沿机架底座轨道及升降台面下方轨道水平移动。两点采用同样支撑结构时，其摩擦系数皆为μ，ac和bd杆长皆为l， 且杆重忽略不计，铰支点e位于上述杆件中点，fd 为液压缸推力作用线，其一端与 ac 铰支于 f 点，另一端铰支于 d 点，fd 线与水平面夹角为β，各杆与水平面夹角为α。升降台面与所载工件重力之和为G，其作用线距c点为 P，显然在升降台升降过程中P 值不变^[7]。

三．发展总结

1.搅拌器

近年来,日本以开发新型聚合反应器为背景,开发了泛能式等搅拌器,据报道该搅拌器适用的粘度范围为 1mPa#183;s至数10万 mPa#183;s, 而且具有较高的混合效率、 较好的传热性能、高效的固液悬浮能力和液液分散能力,尤其适用于大粘度范围的混合以及需处理大量淤浆的间歇过程,且该类桨结构简单,易于加工^[8]。随着化工、轻工、医药、生物等技术的发展 ,国内传统的 4种搪玻璃搅拌器: 桨式、叶轮式、锚式和框式,因型式单一,适用范围有限,已不能满足某些新工艺的要求。周本浩^[9]周睿等^[10]提出了新型大双叶片式搅拌器。胡锡文等^[11]研究表明, 综合考虑单位体积的搅拌功率和混合时间,所提出的二层组合桨的混合效率数 C e 最小,混合效率最高。

从七十年代以来,李希等^[12]人,对混合机理进行了一系列的研究,一致认为混合过程是由团破碎达到宏观混合和分子扩散达到微观混合两个既相互联系,又有区别的过程构成,块团破碎可增加扩散表面,为加快分子扩散提供条件,分子扩散是块团破碎混合的进一步深化,由宏观混合向微观混合转化。

目前研究搅拌器性能所用的实验平台较少， 且存在一些问题具体表现在:① 更换不同桨叶时， 搅拌轴起降人工化， 不能保证每次实验时搅拌器都处在中心轴线上;② 不能根据搅拌釜大小体积的变化在容器中心垂直方向上进行搅拌桨叶高度的调整;③ 釜体材料为全玻璃， 玻璃材料不易密封且容易破碎， 不利于安装黏度、 密度等相关传感器;④ 搅拌釜的下封头多为平底封头， 釜径小， 釜体的结构与容积与实际工业应用的搅拌釜相差较大， 导致在应用放大技术时出现较大偏差;⑤ 不能在带有腐蚀及具有一定压力的介质中进行搅拌器搅拌性能测试。蒋宾伟，周勇军等^[13]从实际需要出发， 克服以往测试平台的一些缺点， 设计了一种搅拌器性能测试平台， 以此为基础开发了一款新型、 易操作的搅拌器性能测试教学实验装置。

赵越超等^[14]提出一种新的搅拌器#8212;#8212;筒式搅拌器的设计方法,介绍筒式搅拌器的结构和工作原理,对筒式搅拌器的搅拌扭矩进行实验和分析,并与推进式和涡轮式传统搅拌器进行比较。

郝惠娣等^[15]在搅拌器中加入适当的扰动元件 ,即静态混合器中的混合元件 ,使气液传质介面更新 ,从而提高传质系数 ,改善传质效果。因此提出了一类新型搅拌桨:自混式圆盘涡轮。

Shi等^[16]对Rushton桨气液搅拌槽内气泡流对搅拌轴弯矩的影响做了试验研究，桨叶附近的气泡流、叶片背部形成的气穴以及气泡对桨叶的冲击等一系列复杂的流场情况决定弯矩沿轴的特定形态分布。

2.液压升降台

中国市场对于升降平台设备需求非常大，而且对于升降平台类似平台例如：液压升降平台、固定液压升降平台、铝合金升降平台、导轨式升降平台等等需求也非常大已经成为升降平台需求大国和制造大国，但是不是强国。由于制造和生产升降平台配置的关键核心部件都被欧美日等国家企业集团所掌握，国内制造配件还远远达不到某些客户的要求。

对于国内升降平台在运输货物上升下降时，出现的噪声大，密封件易损坏。漏油等问题一直困扰着众多客户。而欧美日生产配件则噪声小，安全系数高，密封件不易损坏等优点受到很多客户的欢迎，而这些配件关键是附加值高，而且一台升降平台相当一部分利润被这些核心配件所赚取。所以国内企业应该更加努力对关键核心配件的工艺和技术不断提升，弥补我国在这方面的不足。

随着我国国民经济的蓬勃发展，液压升降机的需求量迅速攀升。但普通液压升降机具有很多缺点，如稳定性差、可靠性不强、受力不均等等。为了更好地为我们国家的经济建设服务，同时也为了提高生产企业的市场竞争力，倪素环等设计了一种机体稳定性好、可靠性强、受力均匀的新型液压升降台。

剪叉式液压升降平台是一种结构比较简单的起重机械，举升力大并可以停留在升降 范围内的任意位置上。由于剪叉式升降平台结构上的特殊性很难实现升降平台的载荷、 行程、速度平稳性达到设计要求。目前没有一套完整的理论依据对剪叉机构液压缸布置 方式进行理论解释很多都是根据经验多次试算，亟待一套完整的液压缸布置方式的理 论依据来优化以往的设计。王振发^[17]进行了对剪式液压升降平台设计及试验研究。

张大欢^[18]结合节能型液压升降机的工况和结构原理,设计了用蓄能器回收势能的液压系统,分析了工作原理,对主要技术参数的选取进行了讨论。所设计的液压系统结构简单、工作可靠、效率高,能耗小 ,在达成势能回收的同时,又可增加液压系统运行平稳性,可供设计和制造、使用单位参考。

王春生等^[19]在动平衡试验台液压升降系统的设计中,首先选取升降台的机械结构,然后确定液压系统原理图,选取液压元件。根据升降系统工程控制的要求, 利用各种电气控制器件, 组成包括互锁、联锁在内的升降台控制电路, 实现对升降台的各种控制功能 。

孙光宇^[20]设计的两种新型升降台,高起升液压高空作业平台和重载液压升降平台具有载重量大,结构坚固,升降平稳,操作简单,维护方便等特点,适用于仓库、机场、车站、工厂等需要搬运、装卸和高空作业的场所。

陈四华等^[21]针对某些环境的特殊性，对剪叉式液压升降机进行设计运用SiemensNX和ADAMS等软件进行几何建模、仿真分析、典型工况求解和分析，验证设计的可靠性。实际运行表明，该装置运行平稳，上升、下降冲击都比较小；工作可靠、操作简便、承载能力高、安装调试方便，易于维修保养，取得了良好的效果。

Tian Hongyu等^[22]提出了一种基于支持/电子的剪刀式升降平台的设计，主要包括三维建模、可视化装配、干涉检查等，以帮助设计师在二维设计中发现问题。从三维软件中建立的模型充分地表达了设计师的思想。

Bing Xu 等^[23]提出了一种在超速下降情况下液压熔断器安全制动的优化方法，以设计更加安全的液压升降系统。

Huang Lei等^[24]通过对不同工况下液压起重装置液压系统的仿真分析，分析了一种液压系统的设计，该系统可通过液压系统力和转矩的变化来优化液压系统的性能。以对液压系统的性能进行改进，得到一个性能稳定的液压系统。

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一．本课题要研究或解决的问题

了解搅拌搅拌技术平台试验装置的工作原理与设计要求。进行搅拌器性能测试平台中主体部件搅拌传动电机轴系液压升降台、支撑测试容器的液压升降平台设计。主要是液压升降系统设计方案及设计内容；此外也包含传动及控制系统设计等内容。

二．研究手段

1.查阅期刊网、图书馆的相关书籍，运用所收集来的资料进行整理、归纳,对课题有个完整的认识；

2.了解液压装置技术的基础上，进行搅拌测试系统装置液压升降平台的设计。包含设计方案、传动系统设计、液压升降系统设计、等内容。

3．进行结构设计、强度校核，运用AutoCAD等绘图软件，绘制图。