بخشی از مقاله
مقدمه
در این مجموعه اطلاعاتی گردآوری شده در مورد مخلوط‌کن‌ها، از مدل‌های ساده تا انواع صنعتی آن، و به طور مفصل در مورد نوع خاصی از آن‌ها که موضوع اصلی این پروژه است و هدف از این پروژه شرح کلی آن است، بحث می‌شود.
در این مجموع ابتدا اطلاعاتی عمومی در حد آشنائی با این دستگاه‌ها داده می‌شود در مورد نحوۀ کارکرد، اجزاء، سیستم‌های نیرو و انتقال نیرو و ... و بعد از آشنایی با این خانواده به سراغ محصول موضوع این پروژه می‌رویم و پیرامون محصول به تحقیق می‌پردازیم.
این تحقیق پروژۀ کارشناسی است و شامل کلیه اطلاعات لازم این رشته است از تمام دروس سعی شده استفاده شود تا این پروژه در حد مطلوبی جلوه کند در حد ساده از روابط استاتیکی و مقاومت مصالح از روابط ترمودینامیکی و دینامیکی و دیگر منابع نظیر تست‌های غیرمخرب، شناخت مواد و فلزات، ماشین‌کاری مواد و اندازه‌گیری دقیق و ... هم استفاده می‌شود.
مجموعۀ این تحقیق از معرفی محصول تا طراحی کلی این محصول را شامل می‌شود. در این تحقیق به نتایج جالبی دست پیدا کردیم که در حد خود حائز اهمیت و قابل توجه است. تجربه‌ای که از این تحقیق به دست آمده می‌تواند در آینده مفید واقع شود.
پروژه سعی بر این دارد که به طور کامل سیستمی را معرفی کند در جهت بهبود و صرفۀ انرژی و افزایش عمر دستگاه، برای این منظور ابتدا به شرح تئوری آن پرداخته و بعد رفته‌رفته طراحی محصول به همراه نقشه‌های سه‌بعدی آورده شده. ویژگی این پروژه در طراحی مکانیزم دو نیروی آن در ایجاد انتقال قدرت است. جای که سیستم‌های انتقال مکانیکی به بن‌بست رسیده است ما از سیستم‌های مغناطیسی کمک گرفته‌ایم و در محصول تحولی نو ایجاد کرده‌ایم با این طراحی توانسته‌ایم سیستم را در حد مطلوب کارآمدتر کرده و روند تولید را سریع‌تر و هزینۀ تعمیرات را کمتر و وقفه در کار را به حداقل برسانیم.
این مجموعه حاصل کار و تحقیق گروهی از افراد است که مدتها در یک سیستم کار کرده‌اند و فقط توسط من انعکاس داده شده شاید که در آینده صنعت‌کارانی نیز به این مورد برخورد کنند و این مجموعه بتواند در حل مشکل آن‌ها کمک کند من این پروژه را ارئه می‌کنم. امیدوارم در آینده مفید واقع گردد.
آشنایی با مخلوط‌کن‌ها:
ساده‌ترین چیزی که به ذهن می‌رسد نوع خانگی این محصول است، همزن ساده‌ای که در اغلب آشپزخانه‌ها یافت می‌شود. مواد داخل همزن ریخته می‌شود و بعد از بستن در با فشار یک دکمه در زمان کمی مواد مخلوط می‌شوند.
تمام هم‌زن‌های صنعتی هم مکانیزمی مشابه همین وسیلۀ سادۀ خانگی دارد همه دارای مولد نیرو، انتقال نیرو، پره و محفظه برای نگه‌داری مواد هستند فقط در بعضی از انواع نوع پره تغییر می‌کند که بسته به موادی دارد که قرار است مخلوط شوند.
در طراحی این محصول نوع موادی که قرار است مخلوط شوند حائز اهمیت است. مواد جامد باشد یا مایع. یا چه غلظتی مواد دارد، مقاومت مواد در برابر پره و اصلا اینکه آیا مجموع ما توانایی این را دارد که این محصول را هم بزند و هزاران سوال دیگر در طراحی مطرح است.
ما ابتدا به شرح پرۀ همزن می‌پردازیم، اینکه اصلاً بدانیم کدام پره، مناسب چه کاری است؟
اگر محصول ما فقط قرار است مایع بدون ویسکوزیته یا با ویسکوزیته کم را هم بزند بهتر است از یک پرۀ سه‌تایی مشابه ملخ هواپیما استفاده کنیم و در طراحی پره را در پایین‌ترین قسمت مخزن نصب کنیم و دور پره هم کم باشد تا ایجاد حباب نکند، به هر حال کف در مایع ما نوع عیب محسوب می‌شود. این یک مثال ساده از انواع مخلوط‌کن‌هاست با شرایط معمولی و خیلی ساده.
حال فرض کنید شرایط کمی تغییر کند، مادۀ ما کمی غلیظ و چگال‌تر باشد در اصطلاح دارای ویسکوزیته باشد، دیگر طراحی با لایه به درد نمی‌خورد چون فقط کف مواد مخلوط می‌شود. ورودی مواد ما جریان ثابت است درست مثل رودخانه‌ای که دارای سطح خیلی آرام و عمق بسیار آشفته‌ای است، این محصول جواب‌گوی کار ما نیست چون غلظت مواد بالاست سطح مایع ثابت باقی می‌ماند و خوب مخلوط نمی‌شود. بنابراین ما به نتیجۀ مطلوب دست پیدا می‌کنیم. در این شرایط چاره‌ای نداریم که نوع پره را عوض کنیم.
گزینه‌های موجود اول اینکه مشابه همان پره در سطح مایع طراحی شود و بر حسب نیاز و طول شفت تعداد را زیادتر کنیم مثلاً در وسط مایع هم پره طراحی شود اما اگر مایع باز چگال‌تر شود و باز غلیظ‌تر چه؟ از طرفی اضافه کردن تعداد پره‌ها حجم مخزن را پر می‌کند و فضای کمتری برای مواد اصلی می‌ماند و در نتیجه از هدف اصلی که مخلوط کردن مواد است دور می‌مانیم.
پس اضافه کردن پره‌ها در همۀ حال جوابگو نیست و مسئله ما را حل نمی‌کند، در این موارد بهتر است از پره‌های مارپیچ استفاده کنیم یا سطح مقطع کمتر و طول بیشتر، درست عین فنر مارپیچ که دور شفت ما محیط شده است و شفت را محصور کرده است با این روش پره در تمام مایع جریان دارد و تمام مواد را مخلوط می‌کند. این روش در اکثر مواقع جوابگو است مگر در شرایط خاص که مواد رو به جامد می‌رود یعنی فشار مواد بالاست و ممکن است به پره آسیب برساند در این صورت هم می‌توان پره را تقویت کرد.
به هر حال همیشه در صنعت مواردی هست که برای اولین بار مطرح می‌شود و باید برای آن‌ها راه‌حل داده شود.
فرض کنید مواد ما چسبنده است یعنی به دیواره‌ها می‌چسبد. در این موارد پره‌های بالا جوابگو نیست چون پره امکان دسترسی به بدنۀ مخزن را ندارد در نتیجه موادی که به بدنه چسبیده‌اند هیچ وقت مخلوط نمی‌شوند اینجا ما به پره‌ای نیاز داریم که مماس با بدنه حرکت کند. یعنی مواد را به گونه‌ای از بدنه جدا کند.
حال اگر مواد به خود پره‌ها چسبید چه؟
در اینجا می‌توان جنس پره را طوری متناسب با مواد در نظر گرفت که اصلاً مواد به آن نچسبد مثل ظروف تفلونی در آشپزخانه و یا سطوح خیلی سیقلی، یا آبکاری پره‌ها با مواد نچسب و مقاوم در برابر مواد چسبندۀ داخل مخزن.
به هر حال راه‌حلی همیشه وجود دارد فقط باید به دنبال آن گشت و پیدا کرد. صنعتدر مقابل با مشکل هیچ‌وقت توقف نمی‌کند شاید مکث کوتاهی داشته باشد اما هیچ وقت از حرکت نمی‌ایستد و همیشه رو به جلو حرکت می‌کند بگذریم از اینکه در بعضی کشورها سریع و در بعضی کشورها هم مثل کشور ما کند و شاید خیلی کند است.
حال به سراغ سیستم انتقال نیرو در میکسرها «مخلوط‌کن‌ها» می‌رویم، اغلب موارد برای سهولت در کار از موتورهای الکتریکی استفاده می‌کنیم در شرایط خیلی ساده در مواقعی که فقط مواد باید خیلی ساده هم زده شود. ولی مواد مکانیکی و پنومائیکی هم وجود دارد و حتی هیدرولیک، که شرح آن‌ها می‌پردازیم، در همۀ حال باید در نظر داشته باشیم که شرایط و خصوصیات مواد مخلوط شده است که طراحی محصول را به ما تحمیل می‌کند و ما را مجبور می‌کند که مثلاٌ از سیستم پنوماتیکی استفاده کنیم یا سیستم الکتریکی و ...
سیستم هیدرولیکی
در طراحی صنعتی زمانی از این سیستم استفاده می‌شود که ما با مسئله فشار روبه‌رو هستیم، وقتی که مواد در موقع مخلوط شدن فشار بالایی به پره وارد می‌کنند. در این جا از هیدرولیک استفاده می‌کنیم با این سیستم می‌توان فشارهای بالا تولید کرد حتی تا بالای 100 بار.
گاهاً محصول ما با ماده‌ای روبه‌روست که در ابتدا نیروی زیادی برای هم‌زدن لازم ندارد ولی در طی پروسه ماده ما غلیظ‌تر می‌شود و نیروی هم زدن هم بالا می‌رود این سیستم نیاز به مکانیزم هیدرولیک دارد.
هیدرولیک در اکثر مواقع جوابگوست تنها عیب آن در گرانی آن است و هزینۀ تعمیرات آن به علاوه به وسایل جانبی آن هم گران است نظیر شکل‌های روغن، هیدروموتور، کاسه نمدها، بلبرینگ‌ها و پمپ و الکتروموتور و ... اما در کل یک سیستم مطمئن است.
به هر حال می‌تواند مستقیماً به خروجی هیدروموتور وصل گردد و روی مخزن نصب شود، یا اینکه پره به گیربکس (جعبه دنده) و بعد به هیدروموتور وصل شود راه‌های زیادی برای نصب وجود دارد که بسته به نظر طراح دارد اما معمولاً پره را به شفت داخل مخزن وصل می‌کنند و بعد شفت را به یک جعبه دنده یا گیربکس وصل می‌کنند و بعد گیربکس را به خروجی هیدروموتور وصل می‌کنند و در نهایت یک سیستم قوی آماده می‌شود.
در سیستم پنوماتیکی هم همین‌طور است فقط قدرت ما به مراتب کمتر است و در مواقعی که سیال نیروی کمی در مقابل حرکت پره ایجاد می‌کند، از این سیستم استفاده می‌کنند.
موتورهای بادی معمولاًً دور متغییراند و مستقیم به پره وصل می‌شوند و توسط پیچ تنظیم دور خروجی را معین می‌کنند.
لازم به ذکر است که تجربه در همه حال حرف اول می‌زند یک مجموعه ممکن است از نظر تئوری عالی طراحی شود ولی در اجرا بد ساخته شود و جواب ندهد، تمام قسمت‌های یک مجموعه از مرحلۀ تئوری تا اجرای باید هماهنگ و حساب شده باشد تا مجموعه بتواند درست کار کند گاهاً سیستم بارها به شکست می‌رسد تا نتیجه مطلوب کسب شود، برای هر مجموعه باید هزینه شود و تجربه کسب گردد، تجربه ضامن موفقیت یک محصول است یک محصول بدون تجربه شانس کمی برای به ثمر رسیدن و نتیجه دادن دارد.
سیستم‌های الکتریکی:
در اغلب موارد از این مکانیزم استفاده می‌شود و ضعف قدرت توسط جعبه دنده تقویت می‌شود و به علت ارزانی نیروی برق و فراوانی و در دسترس بودن آن اکثر طراحان از این سیستم‌ها استفاده می‌کنند.
قدرت لازم برای چرخاندن پره توسط این سیستم تولید می‌شود ما می‌توانیم انواع پره را به این مکانیزم وصل کنیم فقط قبل از هر چیز باید به تعداد دوران الکتروموتور و نوع آمپری که می‌کشد توجه کرد در اصطلاح آمپرنامی که روی پلاک الکتروموتور است باید در نظر گرفته شود.
نوع موتور هم ممکن است تک‌فاز یا سه‌فاز باشد. معمولاً در صنعت سه‌فاز به کار می‌رود.
هدف از این بحث فقط ایجاد یک دید است در پیرامون دنیای بزرگ مخلوط‌کن‌ها نه معرفی کل آن‌ها، هدف فقط آشنایی با این خانواده صنعتی است تا در بحث‌های بعدی به مکانیزم اصلی مورد ارائه شده این پروژه بپردازیم. لذا سعی شده است مطالب به طور خلاصه و کلی عنوان شود و مطالب فلقط در جهت آشنایی مختصر با گروه بزرگ مخلوط‌کن‌هاست. در بعضی از مخلوط‌کن‌ها دیده می‌شود که مخزن هم دارای حرکت دورانی است یعنی پره ثابت و مخزن می‌چرخد، و یا اینکه پره ثابت و در جای خود و خارج از محور اصلی می‌چرخد و مخزن حرکت دورانی دارد، به هر حال طراحی‌ها متفاوت است در بعضی موارد ما دو یا چند محور ا صلی گردنده داریم که همه با هم داخل مخزن مواد را مخلوط می‌کنند. به هر حال هرچه تعداد محورها بیشتر شود طراحی هم به مراتب مشکل‌تر و سخت‌تر می‌شود و طبعاً ایجاد نیرو برای به حرکت درآوردن آن‌ها هم مشکل‌تر می‌شود و از همه مهم‌تر اتصال این شفت‌ها به هم و یاتاقان‌بندی و در کل کنترل سخت‌تر می‌شود.
بهترین راه‌حل استفاده از مکانیزم‌های با یک شفت یا محور است ولی همان‌طور که قبلاً گفتیم مواد و شرایط و خاصیت آن است که به ما تحمیل می‌کند که چگونه سیستم را طراحی کنیم.
لازم به ذکر است که سیستم‌های هیدرولیکی بسیار نرم و آرام و بی‌صدا کار می‌کنند و ضربه‌های ناگهانی را در خود خفه می‌کند و در نهایت به سیستم فشار نمی‌آید و باعث دوام و عمر بالای مکانیزم می‌شوند ولی سیستم‌های پنوماتیکی معمولاً خیلی پرصدا هستند و نیاز به صداخفه‌کن دارند، ضمناً ارتعاش و لرزش اساس کار این موتورهاست چون موتور آن‌ها در اثر برخورد و ضربه هوا به پره‌ها کار می‌کند پس ارتعاش حتی خیلی کم همیشه در این موتورها وجود دارد.
اما چرا از این موتورها استفاده می‌شود چرا همیشه از برق استفاده نمی‌شود چرا گاهی از باد و گاهی از هیدرولیک استفاده می‌شود.
سؤال این است که چرا ما همیشه یک جعبه دندۀ پرقدرت با موتور الکتریکی استفاده نمی‌کنیم و بقیه مخلوط‌کن‌ها را از دنیای صنعت حذف نمی‌کنیم در جواب باید گفت درست است که این مکانیزم الکتریکی همیشه جوابگوست ولی گاهی مسئله ایمنی هم مطرح است یعنی محیط ما شرایط خاص دارد. شرایطی غیر از شرایط مواد مخلوط شده.
فرض کنید شرایط کار آلوده به گاز است و خطر انفجار در اینجا موتورهای الکتریکی فوق‌العاده خطرناک‌اند.
یا فرض کنید که در صنایع غذایی کار می‌کنید، می‌دانید که هیدرولیک گاهاً با نشتی روغن همراه است و نشتی روغن یعنی فاجعه و چه بسا مسمومیت عده‌ای از مصرف کنندگان . حتی پنومائیک هم در هوای فشرده محتوی کمی روغن است و یا حتی خود هوا هم رطوبت دارد، که خود این رطوبت عامل انتقال هزاران باکتری و میکروب نمی‌تواند باشد.
به هر حال مجموعه‌ای از این مسائل باع
ث تنوع بسیار این محصولات شده است. مطالب گفته شده سعی در معرفی وآشنائی انواع مخلوط‌کن داشت، امید است که توانسته باشد زمینه را برای ادامۀ بحث و ارائه مطلب اصلی این پروژه فراهم کرده باشد.
به هر حال هر نقص و کمبودی در روشن شدن مطلب ناشی از عدم توانایی در انتقال مطالب به صورت درست است امیدوارم که در این عیب بگذرید.
در مبحث بعدی به سراغ سیستم اصلی و موضوع این پروژه می‌رویم، امیدوارم که شرح مکانیزم در حد خود کامل باشد. و رفته رفته هدف از ارائه این مطالب بهتر و روشن‌تر شود. در ارائه مطالب سعی بر آن است که با کمک شکلها و نقشه‌های اجرای کمبود مسائل نوشتاری برطرف گردد.
شرح سیستم:
مطالب قبل آشنائی مختصری در مورد مخلوط‌کن‌ها ارائه می‌دهد، حال باید یک بار دیگر شرایط و محیط‌های کاری را بررسی کنیم، در فصل‌های گذشته راه‌حل‌های برای حل مسئله پره و شکل و طراحی پره در برخورد با سیال و مواد داخل همزن ارائه شد. حال فرض کنید شکل پره چندان اهمیت خاصی ندارد. فرض کنید شرایط متفاوت است. فرض کنید ما با شرایط تحت فشار روبه‌رو هستیم. واضح‌تر اینکه پروسه ما در طی یک شرایط یا اعمال فشار کامل می‌گردد، برای مثال یک زودپز آشپزخانه را تصور کنید که قرار است مواد داخل آن نیز هم زده شود. کوچک‌ترین روزنه در سیستم یعنی یک عیب بزرگ. شرایط کار ما بسیار پرفشارتر است و مخزن هم به مراتب بزرگ‌تر.
حداکثر فشار داخل زودپز آشپزخانه 5 تا 6 بار است و حجم آن هم 2/0 مترمکعب است، شرایط کاری ما با فشار معمولی 25 بار و حداکثر 90 بار کار می‌کند یعنی حداقل 25 بار و حجم مخزن هم 5/1 مترمکعب، کلیه تولرانس‌ها، شفت و مخزن، جائی که شفت اصلی از مخزن عبور می‌کند یک سوراخ بزرگ به حساب می‌آید این تولرانس‌ها از بالا رفتن فشار جلوگیری می‌کند، در نتیجه ما نمی‌توانیم محصول مورد نظر تولید کنیم، چاره چیست؟
اگر تولرانس شفت و بدنه را پرسی‌تر انتخاب کنیم که اصلاً شفت نمی‌چرخد و یا به موتور فشار می‌آید و عمر آن کم می‌شود. از چه سیستمی استفاده کنیم، شما چه راه‌کاری ارائه می‌دهید؟ قبل از هرچیز لازم به ذکر است که تمامی سیستم‌های قبلی ناکارآمد هستند و در مواجهه با این مشکل جوابگو نیستند.
استفاده از کاسه نمد و پکینگ و اورینگ و موارد مشابه جوابگو نیست، فشار بسیار بالاست شاید این موارد در فشار 2 تا 3 بار جواب دهد، ولی در فشار بالا مخصوصاً بالای 10 بار جوابگو نیست. لازم به ذکر است که بهتر است یک سری هم به جدول ترمودینامیک و روابط آن بزنیم. طبق جدول و نمودار P-T آب در فشار 1 اتمسفر در دمای 6/99 درجه نزدیک به 100 درجه می‌جوشد. حال فرض کنید فشار بالاتر رود طبعاً دما هم افزایش می‌یابد طبق جدول در فشار 09/22 دمای آب به 14/374 درجه می‌رسد یعنی دمای لازم برای جوشیدن آب به این مقدار هم می‌رسد پس با قدری تخمین می‌توان گفت که در فشار 25 بار دما به 400درجه هم می‌رسد، این حرارت هر نوع کاسه‌نمد هر جنس لاستیکی را آب می‌کند. هیچ لاستیکی در این دما مقاومت نمی‌کند.
پس شرایط دشوارتر می‌شود، و مسئله کمی سخت‌تر. ما باید مکانیزمی طراحی کنیم که این مسئله را حل کند. ضمناً در درازمدت هم کارآمد باشد و کلیه مسائل سنجیده شود یعنی سیستم ما پایدار باشد. و از ضریب اطمینان مطلوبی برخوردار باشد.
مجموعه مورد بحث این پروژه، سیستمی است که کلیه نواقص و مشکلات را حل کرده و در درازمدت هم کارآمد بوده و ضریب اطمینان کافی را هم دارد.
شرایطی که شرح داده شد اعم از فشار، دما و بحث آب‌بندی مخزن برای بالا رفتن فشار و ... می‌تواند هر طراحی را به زحمت بیاندازد. این شرایط در صنعت مخصوصاً صنایع جدید البته برای کشور ما جدید، پیش می‌آید، و چاره‌ای جز برخورد و روبرو شدن با آن نیست باید با این مشکلات روبه‌رو شد و چاره‌ای اندیشید. شما چه راه‌کاری پیشنهاد می‌کنید؟ چگونه مشکل آب‌بندی را حل کنیم؟ چگونه فشار را بالا ببریم؟ چگونه دما را کنترل کنیم؟ در این دمای بالا چه راه‌حلی انتخاب کنیم که یاتاقانها درست عمل کنند؟ اصلاً از چه سیستم انتقال نیرویی استفاده کنیم؟ طبق روابط فیزیک حرارت ما می‌دانیم که مواد در برخورد با دما افزایش حجم می‌دهند بهتر است یک محاسبات ساده انجام دهیم. ببینیم اصلاً در این دما ما چقدر افزایش اندازه داریم؟
