CN115162057A - 一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备及使用工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纸浆模塑的超声波强化脱水工艺，包括超声波换能器、模具安装台面、超声波发生器和安装箱体，安装箱体内安装超声波发生器，安装箱体外侧底部设有模具安装台面，模具安装台面底部设有超声波挤压模具，超声波挤压模具内部设有若干个超声波换能器。本发明提供的纸浆模塑的超声波强化脱水设备能够强化挤压脱水效果，降低产品热压前的初始含水率，缩短纸浆模塑湿坯的脱水时间，节省热压能耗，降低产品生产成本，解决了当纸浆模塑生产过程中主要靠挤压模具通过物理挤压的方式进行脱水，不仅效率低而且直接影响到产品质量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及纸浆模塑成型设备的技术领域，具体为一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备及使用工艺。
背景技术
纸模塑行业类似于造纸行业，其成型工艺过程都有配浆、成型脱水与干燥定型几个阶段，但纸模塑生产又区别于造纸，人们又称其为立体造纸。在纸模塑制品的生产过程中，由于成型脱水后的湿坯一般其含水率均在75％～85％之间。
纸浆模塑制品生产的关键在于成型过程，会直接影响到产品质量，纸浆模塑生产过程中主要能耗浪费在热压干燥过程中，为了提升纸塑制品的干燥质量、缩短干燥时间、降低干燥能耗，可以采用降低热压初始含水率的途径来缩短热压时间。
当前纸浆模塑生产过程中主要靠挤压模具通过物理挤压的方式进行脱水，不仅效率低而且直接影响到产品质量。因此，需要一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备及使用工艺来解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备及使用工艺，用以解决背景技术中提出的：当前纸浆模塑生产过程中主要靠挤压模具通过物理挤压的方式进行脱水，不仅效率低而且直接影响到产品质量的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：包括超声波换能器、模具安装台面、超声波发生器和安装箱体，安装箱体内安装超声波发生器，安装箱体外侧底部设有模具安装台面，模具安装台面底部设有超声波挤压模具，超声波挤压模具内部设有若干个超声波换能器。
优选的，超声波换能器通过长螺栓穿过安装箱体、模具安装台面与超声波换能器上的孔位进行螺纹配合，可以调节超声波换能器与安装孔位配合紧度。
优选的，超声波换能器在超声波挤压模具上机之前放入模具预先设计的安装孔位中进行旋转卡位，将超声波换能器的电极片压紧安装孔位中设计的电极接触点，即可将超声波换能器与超声波发生器连通。
优选的，超声波发生器控制超声波工作的频率和功率，通过向超声波换能器输入功率，经超声波换能器转换成超声波形式作用于产品湿坯。
优选的，还包括成型机主体，安装箱体固定连接于支撑柱顶部，成型机主体采用四根不锈钢支撑柱支撑设备整体，吸浆模具支承座设于成型机主体与安装箱体之间，超声波发生器安装于安装箱体内。
优选的，成型机主体包括：移动导柱、浆槽和滑槽，成型机主体顶部安装有移动导柱，成型机主体内部设有浆槽，支撑柱外壁设有滑槽，移动导柱可以实现翻转和平移吸浆模具。
优选的，移动导柱由电机控制上下移动，吸浆模具支承座平台表面安装吸浆模具，吸浆模具支承座两侧设有翻转控制装置，翻转控制装置靠近滑块的一端与滑块固定连接，滑块固定连接于移动导柱底部，且滑块靠近支撑柱的两侧外壁与滑槽上下滑动连接。
优选的，吸浆模具内部设有排气通孔，便于吸浆时浆料真空脱水成型，吸浆模具吸浆后经翻转控制装置的翻转向上，在移动导柱的带动下向上运动并与超声波挤压模合模进行挤压脱水。
优选的，翻转控制装置设于吸浆模具支承座和滑块之间，翻转控制装置包括：第一连杆、定位标识、转动块、凸面、限位块、卡接块、连接弹簧、限位滑槽、连接套筒、凹面；
第一连杆靠近吸浆模具支承座的一端与吸浆模具支承座固定连接，第一连杆远离吸浆模具支承座的一端固定贯穿转动块，第一连杆贯穿转动块的一端与卡接块抵接，转动块外壁设有用于标记正反的定位标识；
转动块与连接套筒转动连接；
卡接块靠近转动块的一端设有用于限制转动角度的凹面，且凹面呈台阶状，转动块靠近卡接块的一端设有与凹面相配合的凸面；
卡接块和连接弹簧设于连接套筒内，卡接块外壁对称设有限位块，连接套筒外壁对称设有限位滑槽，卡接块在限位块和限位滑槽的配合下沿连接套筒内壁滑动连接，连接弹簧两端分别与卡接块和连接套筒内壁底部固定连接；
连接套筒靠近滑块的一端与滑块外壁固定连接。
本发明还提供了一种使用工艺，通过上述一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备实现一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备的使用，所述使用工艺包括：
步骤1：吸浆模具向下翻转，运动至浆槽进行吸浆；
步骤2：吸浆完成后，吸浆模具翻转至向上，吸浆模具抽真空形成预成型湿坯；
步骤3：移动导柱带动吸浆模具向上运动与超声波挤压模具进行合模，合模时用模具定位块定位；
步骤4：合模后，打开预先完成参数设置的超声波发生器，超声波开始工作，同时底部吸浆模具抽真空；
步骤5：脱水完成后关闭超声波发生器，吸浆模具吸附湿坯向下运动，再将湿坯移送至热压干燥部位；
步骤6：设备工作结束后，检查超声波换能器是否松动，调节长螺栓进行重新固定。
附图说明
图1为本发明的安装箱体内部结构示意图；
图2为本发明的主体结构示意图；
图3为本发明的前盖板结构三视图；
图4为本发明中超声波挤压模具俯视结构示意图；
图5为本发明工艺流程图；
图6为本发明中翻转控制装置立体示意图；
图7为本发明中翻转控制装置爆炸示意图。
图中：1、成型机主体；2、吸浆模具支承座；3、吸浆模具；4、超声波挤压模具；5、超声波换能器；6、模具安装台面；7、超声波发生器；8、长螺栓；9、移动导柱；10、翻转控制装置；11、支撑柱；12、电机；13、滑块；14、浆槽；15、滑槽；16、安装箱体；17、安装孔位；18、电极接触点；19、前盖板；20、压电陶瓷；21、电极片；22、后盖板；23、孔位；24、第一连杆；25、定位标识；26、转动块；27、凸面；28、限位块；29、卡接块；30、连接弹簧；31、限位滑槽；32、连接套筒；35、凹面。
具体实施方式
在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的防护组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案，包括超声波换能器5、模具安装台面6、超声波发生器7和安装箱体16，安装箱体16内安装超声波发生器7，安装箱体16外侧底部设有模具安装台面6，模具安装台面6底部设有超声波挤压模具4，超声波挤压模具4内部设有若干个超声波换能器5。
优选的，超声波换能器5通过长螺栓8穿过安装箱体16、模具安装台面6与超声波换能器5上的孔位23进行螺纹配合，可以调节超声波换能器5与安装孔位17配合紧度。
优选的，超声波换能器5在超声波挤压模具4上机之前放入模具预先设计的安装孔位17中进行旋转卡位，将超声波换能器5的电极片21压紧安装孔位17中设计的电极接触点18，即可将超声波换能器5与超声波发生器7连通。
优选的，超声波发生器7控制超声波工作的频率和功率，通过向超声波换能器5输入功率，经超声波换能器5转换成超声波形式作用于产品湿坯。
优选的，还包括成型机主体1，安装箱体16固定连接于支撑柱11顶部，成型机主体1采用四根不锈钢支撑柱11支撑设备整体，吸浆模具支承座2设于成型机主体1与安装箱体16之间，超声波发生器7安装于安装箱体16内。
优选的，成型机主体1包括：移动导柱9、浆槽14和滑槽15，成型机主体1顶部安装有移动导柱9，成型机主体1内部设有浆槽14，支撑柱11外壁设有滑槽15，移动导柱9可以实现翻转和平移吸浆模具3。
优选的，移动导柱9由电机12控制上下移动，吸浆模具支承座2平台表面安装吸浆模具3，吸浆模具支承座2两侧设有翻转控制装置10，翻转控制装置10靠近滑块13的一端与滑块13固定连接，滑块13固定连接于移动导柱9底部，且滑块13靠近支撑柱11的两侧外壁与滑槽15上下滑动连接。
优选的，吸浆模具3内部设有排气通孔，便于吸浆时浆料真空脱水成型，吸浆模具3吸浆后经翻转控制装置10的翻转向上，在移动导柱9的带动下向上运动并与超声波挤压模4合模进行挤压脱水。
本发明还提供了一种使用工艺，通过上述一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备实现一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备的使用，所述使用工艺包括：
步骤1：吸浆模具3向下翻转，运动至浆槽14进行吸浆；
步骤2：吸浆完成后，吸浆模具3翻转至向上，吸浆模具3抽真空形成预成型湿坯；
步骤3：移动导柱9带动吸浆模具3向上运动与超声波挤压模具4进行合模，合模时用模具定位块定位；
步骤4：合模后，打开预先完成参数设置的超声波发生器7，超声波开始工作，同时底部吸浆模具3抽真空；
步骤5：脱水完成后关闭超声波发生器7，吸浆模具3吸附湿坯向下运动，再将湿坯移送至热压干燥部位。
步骤6：设备工作结束后，检查超声波换能器5是否松动，调节长螺栓8进行重新固定。
上述方案的工作原理及有益效果：使用时，工作人员通过翻转控制装置10将吸浆模具3向下翻转，并在移动导柱9的带动下运动至浆槽14内进行吸浆，吸浆完成后，吸浆模具3翻转至向上，吸浆模具3抽真空形成预成型湿坯，此时，移动导柱9带动吸浆模具3向上运动与超声波挤压模具4进行合模，合模后，打开预先完成参数设置的超声波发生器7，超声波开始工作，同时底部吸浆模具3抽真空，超声波的机械效应和空化效应使纸塑湿坯内部纤维间隙扩大，大量湿坯水分雾化后通过吸浆模具3抽走，脱水效率高于单独挤压抽真空，脱水完成后关闭超声波发生器7，吸浆模具3在移动导柱9的带动下带动吸附湿坯向下运动，再将湿坯移送至热压干燥部位等待干燥成型。
超声波换能器5由超声波发生器7控制产生超声波并采用对应长螺栓8调节固定程度，成型机主体1采用不锈钢支撑柱11，设备中间设有滑槽15，滑槽15与移动导柱9的滑块13配合，控制吸浆模具3垂直位移，移动导柱9上设有滑块13和翻转控制装置10，移动导柱9由电机12控制，翻转控制装置10上安装吸浆模具支承座2，实现模具整体进行360°翻转，支承座2表面安装吸浆模具3，吸浆模具3往上运动可与超声波挤压模4合模，利用超声波强化纸塑湿坯的脱水效率，超声波换能器5镶嵌在超声波挤压模具4内部，且排布位置根据生产要求可变换，超声波换能器5在超声波挤压模具4上机之前放入模具预先设计的安装孔位17中，进行旋转卡位，将超声波换能器5的电极片21压紧安装孔位17中设计的电极接触点18，即可将超声波换能器5与超声波发生器7连通，超声波换能器5长时间工作后会出现间隙扩大，配合松动，采用长螺栓8穿过中空腔体16、模具安装台面6与超声波换能器5上的孔位23进行螺纹配合，可以调节超声波换能器5与安装孔位17配合紧度。
超声波挤压模具4工作时由超声波发生器7控制参数。
超声波发生器7控制超声波工作的频率和功率，通过向换能器5输入功率，经换能器5转换成超声波形式作用于产品湿坯，超声波发生器7具有显示屏、开关按钮等部件。
微波加热是一种就是利用微波的能量特征，对物体进行加热的过程，微波加热特点之一是加热速度快。微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波。被加热介质物料中的水分子是极性分子，它在快速变化的高频电磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化，造成分子的运动和相互摩擦效应。此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的，本发明提供的纸浆模塑的超声波强化脱水设备能够强化挤压脱水效果，降低产品热压前的初始含水率，缩短纸浆模塑湿坯的脱水时间，节省热压能耗，降低产品生产成本，解决了当纸浆模塑生产过程中主要靠挤压模具通过物理挤压的方式进行脱水，不仅效率低而且直接影响到产品质量的问题。
实施例2
在实施例1的基础上，请参阅图6-7，翻转控制装置10设于吸浆模具支承座2和滑块13之间，翻转控制装置10包括：第一连杆24、定位标识25、转动块26、凸面27、限位块28、卡接块29、连接弹簧30、限位滑槽31、连接套筒32、凹面35；
第一连杆24靠近吸浆模具支承座2的一端与吸浆模具支承座2固定连接，第一连杆24远离吸浆模具支承座2的一端固定贯穿转动块26，第一连杆24贯穿转动块26的一端与卡接块29抵接，转动块26外壁设有用于标记正反的定位标识25；
转动块26与连接套筒32转动连接；
卡接块29靠近转动块26的一端设有用于限制转动角度的凹面35，且凹面35呈台阶状，转动块26靠近卡接块29的一端设有与凹面35相配合的凸面27；
卡接块29和连接弹簧30设于连接套筒32内，卡接块29外壁对称设有限位块28，连接套筒32外壁对称设有限位滑槽31，卡接块29在限位块28和限位滑槽31的配合下沿连接套筒32内壁滑动连接，连接弹簧30两端分别与卡接块29和连接套筒32内壁底部固定连接；
连接套筒32靠近滑块13的一端与滑块13外壁固定连接。
上述方案的工作原理及有益效果：在需要通过翻转控制装置10将吸浆模具3向下翻转吸浆时，第一连杆24在吸浆模具支承座2的带动下发生转动，此时，转动块26在第一连杆24的带动下发生转动，由于凸面27沿转动块26的周向延伸，且凸面27是带有弧线的斜边构成，并且限位块28上设置与凸面27相配合的凹面35，所以转动块26在转动180°的过程中，转动块26会给予卡接块29一个力，从而使得卡接块29在限位块28和限位滑槽31的配合下沿连接套筒32内壁滑动，此时，连接弹簧30受力压缩将动能转化为弹性势能，随后，当凸面27和凹面35吻合时，连接弹簧30释放弹性势能将卡接块29复位从而使得转动块26和卡接块29相贴合，此时，吸浆模具3处于朝向浆槽14的方向(即吸浆模具3翻转了180°)，由于凸面27和凹面35的配合，在吸浆模具3吸浆的过程中，吸浆模具3不会发生晃动或者偏转，只有当吸浆结束后，在受到较大外力作用时才会重复上述过程，使得吸浆模具3翻转至向上，通过该翻转控制装置10的设置可以通过凸面27和凹面35的配合，使得吸浆模具3的转动角度被精确的限定，且在吸浆模具3吸浆的过程中，不会发生晃动或者偏转，增强了适用性和便捷性，起到夹持稳定作用，适用范围更广，通用性高。
实施例3
在实施例1-2的基础上，还包括：
功率传感器，功率传感器设置在超声波换能器5上，用于检测超声波换能器5的输出功率；
速度传感器，速度传感器设置移动导柱9上，用于检测移动导柱9带动吸浆模具3移动时的速度；
力传感器，力传感器设置在吸浆模具3和超声波挤压模具4之间，用于检测吸浆模具3和超声波挤压模具4合模时，吸浆模具3受到来自超声波挤压模具4的压力；
计时器，计时器用于记录该设备的工作时长；
报警器，报警器设置于成型机主体1外；
控制器，控制器分别与功率传感器、速度传感器、力传感器、计时器、报警器连接，控制器基于功率传感器、速度传感器、力传感器、控制报警器工作，包括：
步骤1：控制器基于功率传感器、速度传感器、力传感器及公式(1)得到该纸浆模塑的超声波强化脱水设备的工作状态指数：
其中，X为该纸浆模塑的超声波强化脱水设备的工作状态指数，W为功率传感器的检测值，W0为超声波换能器5的额定功率，F1为力传感器在一个工作周期内检测的平均值，F2为预设的吸浆模具3所能承载的最大压力值，T为一个工作周期的时长，基于计时器检测得到，V1为在一个工作周期内，速度传感器检测的最大值，V2为在一个工作周期内，速度传感器检测的最小值，L1为移动导柱9的长度。
步骤2：基于步骤1计算结果，当该纸浆模塑的超声波强化脱水设备的工作状态指数小于预设的基准值时，控制器控制报警器报警。
假设，W＝2500W，W0＝2300W，F1＝10N，F2＝20N，T＝48h，V1＝1cm/s，V1＝2cm/s，L1＝2m，通过公式(1)计算得到该纸浆模塑的超声波强化脱水设备的工作状态指数X＝0.45小于预设的基准值1，此时控制器控制报警器报警。
上述方案的工作原理及有益效果：设置功率传感器用于检测超声波换能器5的输出功率，设置速度传感器用于检测移动导柱9的移动速度，设置计时器用于记录该设备的工作时长，通过功率传感器检测的超声波换能器5的输出功率、速度传感器用于检测移动导柱9的移动速度、计时器记录该设备的工作时长以及公式(1)来计算得到该纸浆模塑的超声波强化脱水设备的工作状态指数，当该纸浆模塑的超声波强化脱水设备的工作状态指数小于预设的基准值时，控制器控制报警器报警，此时，工作人员根据报警提示及时对设备进行检修，从而保证湿胚的脱水效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备，其特征在于，
包括超声波换能器(5)、模具安装台面(6)、超声波发生器(7)和安装箱体(16)，安装箱体(16)内安装超声波发生器(7)，安装箱体(16)外侧底部设有模具安装台面(6)，模具安装台面(6)底部设有超声波挤压模具(4)，超声波挤压模具(4)内部设有若干个超声波换能器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备，其特征在于，
超声波换能器(5)通过长螺栓(8)穿过安装箱体(16)、模具安装台面(6)与超声波换能器(5)上的孔位(23)进行螺纹配合，可以调节超声波换能器(5)与安装孔位(17)配合紧度。
3.根据权利要求2所述的一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备，其特征在于，
超声波换能器(5)在超声波挤压模具(4)上机之前放入模具预先设计的安装孔位(17)中进行旋转卡位，将超声波换能器(5)的电极片(21)压紧安装孔位(17)中设计的电极接触点(18)，即可将超声波换能器(5)与超声波发生器(7)连通。
4.根据权利要求3所述的一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备，其特征在于，
超声波发生器(7)控制超声波工作的频率和功率，通过向超声波换能器(5)输入功率，经超声波换能器(5)转换成超声波形式作用于产品湿坯。
5.根据权利要求1所述的一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备，其特征在于，
还包括成型机主体(1)，安装箱体(16)固定连接于支撑柱(11)顶部，成型机主体(1)采用四根不锈钢支撑柱(11)支撑设备整体，吸浆模具支承座(2)设于成型机主体(1)与安装箱体(16)之间，超声波发生器(7)安装于安装箱体(16)内。
6.根据权利要求5所述的一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备，其特征在于，
成型机主体(1)包括：移动导柱(9)、浆槽(14)和滑槽(15)，成型机主体(1)顶部安装有移动导柱(9)，成型机主体(1)内部设有浆槽(14)，支撑柱(11)外壁设有滑槽(15)，移动导柱(9)可以实现翻转和平移吸浆模具(3)。
7.根据权利要求6所述的一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备，其特征在于，
移动导柱(9)由电机(12)控制上下移动，吸浆模具支承座(2)平台表面安装吸浆模具(3)，吸浆模具支承座(2)两侧设有翻转控制装置(10)，翻转控制装置(10)靠近滑块(13)的一端与滑块(13)固定连接，滑块(13)固定连接于移动导柱(9)底部，且滑块(13)靠近支撑柱(11)的两侧外壁与滑槽(15)上下滑动连接。
8.根据权利要求7所述的一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备，其特征在于，
吸浆模具(3)内部设有排气通孔，便于吸浆时浆料真空脱水成型，吸浆模具(3)吸浆后经翻转控制装置(10)的翻转向上，在移动导柱(9)的带动下向上运动并与超声波挤压模(4)合模进行挤压脱水。
9.根据权利要求8所述的一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备，其特征在于，
翻转控制装置(10)设于吸浆模具支承座(2)和滑块(13)之间，翻转控制装置(10)包括：第一连杆(24)、定位标识(25)、转动块(26)、凸面(27)、限位块(28)、卡接块(29)、连接弹簧(30)、限位滑槽(31)、连接套筒(32)、凹面(35)；
第一连杆(24)靠近吸浆模具支承座(2)的一端与吸浆模具支承座(2)固定连接，第一连杆(24)远离吸浆模具支承座(2)的一端固定贯穿转动块(26)，第一连杆(24)贯穿转动块(26)的一端与卡接块(29)抵接，转动块(26)外壁设有用于标记正反的定位标识(25)；
转动块(26)与连接套筒(32)转动连接；
卡接块(29)靠近转动块(26)的一端设有用于限制转动角度的凹面(35)，且凹面(35)呈台阶状，转动块(26)靠近卡接块(29)的一端设有与凹面(35)相配合的凸面(27)；
卡接块(29)和连接弹簧(30)设于连接套筒(32)内，卡接块(29)外壁对称设有限位块(28)，连接套筒(32)外壁对称设有限位滑槽(31)，卡接块(29)在限位块(28)和限位滑槽(31)的配合下沿连接套筒(32)内壁滑动连接，连接弹簧(30)两端分别与卡接块(29)和连接套筒(32)内壁底部固定连接；
连接套筒(32)靠近滑块(13)的一端与滑块(13)外壁固定连接。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的一种纸浆模塑的超声波强化脱水设备的使用工艺，其特征在于：使用工艺包括以下步骤：
步骤1：吸浆模具(3)向下翻转，运动至浆槽(14)进行吸浆；
步骤2：吸浆完成后，吸浆模具(3)翻转至向上，吸浆模具(3)抽真空形成预成型湿坯；
步骤3：移动导柱(9)带动吸浆模具(3)向上运动与超声波挤压模具(4)进行合模，合模时用模具定位块定位；
步骤4：合模后，打开预先完成参数设置的超声波发生器(7)，超声波开始工作，同时底部吸浆模具(3)抽真空；
步骤5：脱水完成后关闭超声波发生器(7)，吸浆模具(3)吸附湿坯向下运动，再将湿坯移送至热压干燥部位；
步骤6：设备工作结束后，检查超声波换能器(5)是否松动，调节长螺栓(8)进行重新固定。
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