定寸烘箱热风内循环系统的研制及性能探讨

      在制鞋业中，采用EVA材料制作的中底和大底的尺寸定形，在高温发泡后(简称定寸)必须进行保温降温处理，以保证不变形并达到要求尺寸。在传统上采用开放式热风搅拌系统的定寸热风循环烘箱。这类烘箱主要是采用电加热和立式风机搅拌气流(或采用一台离心风机通过外露的风管集中送风)，使烘箱腔体内的温度达到制鞋工艺上的要求。在实际应用中，由于风机风扇搅拌的周围存在温度梯度差异大，烘箱腔体内温度不均匀，热量泄漏较严重，导致加热效率低，生产效率低，制品返修率及废品率高，设备体积庞大等缺陷。为此我们在原有基础上研究和开发，采用封闭式热风内循环系统，以解决以上诸多问题。
1、设备结构简介
本设备总体结构由：传动系统、烘箱系统、电气系统几个部分组成。
1．1 传动输送系统
      EVA中底或大底，进入定寸烘箱时表面上一般都有定型压块，所以在输送上要求速度要平稳均匀，避免因为速度的突变而造成废品。传统的滑差调速，在速度的平稳性能上不能保证，尤其是低速爬行或颤抖都将使中底或大底上的定型压块位移，而引起中底或大底的翘曲等变形。故采用行星摆线针轮减速器配变频器进行无级变速。由于输送的中底或大底在进入烘箱前的温度高达120~C～100~e，而又要求整个鞋中底或大底周面受热均匀，若采用不锈钢网带又会在中底或大底底面造成压痕，故采用网孔式橡胶输送带。实际使用证明，该传动输送系统的设计选择是正确的。
1．2烘箱系统
     该烘箱热风循环回路通过侧面小型高速离心风机6将烘箱腔体内的空气强制送人装有远红外电热管3的内腔2内，远红外电热管3同时对腔体2内的空气加热，在小型离心风机的压力下，再强制通过“V”型导风口1送人烘箱腔内，对由输送带输送至烘箱内的中底或大底进行保温和逐段降温处理。加热后被送人烘箱内的热空气流，在侧面小型离心风机6的吸力下再次被送人导风内腔内，循环先前的过程。整个过程形成一个封闭的回路，热能可以被再次回收利用。减少了热量的损失，同时保证了温度场均匀，每段烘箱过渡区的温度平稳，突变小。同时当烘箱内温度达到一个目标温度后，电热管会停止加热，只有离心风机工作，进行热交换，节约了能源。烘箱中后段(即出口段)增设冷却风风机的作用是当在夏天的工作环境中，烘箱内的温度很高，无法达到后段工艺要求时，此时该风机工作，将烘箱外部的空气送人烘箱内。使烘箱内温度达到工艺上的要求。该烘箱可根据不同工艺要求，对温度进行逐段设置。
      一般的传统上采用的开放式热风烘箱，一种方式是：一节烘箱采用一个大功率电机带动一个搅拌叶轮，对烘箱腔体内由电热管加热的空气进行搅拌，使烘箱内的温度达到一个目标值。该系统在垂直于搅拌叶轮方向范围内的空气是没有对流的，容易产生温度死区，存在温度差异大的缺陷，会造成EVA材料在该区内温度变化突变，骤然收缩，导致废品率增加。因为EVA材料发泡后在温度发生突变的情况下，其内部分子的状态极不稳定，所以要求在温度缓慢平稳冷却的工艺条件下逐步使其内部分子达到稳定状态。另一种方式是：烘箱风道设计在同一温度区采用一部外置式离心风机集中送风，大部分管道外露。产生热泄漏，从而增加加热时间。浪费能耗。增大使用成本。由于采用一节烘箱用一部大功率风机，导致系统噪音大，并有一定的振动。若风机发生故障，则必须停线进行维修。影响了产能。此外，热风经过外置式的风机和管道，其热泄漏使设备周边温度很高，作业环境恶劣，工人的劳动强度增大。
1．3 电器系统
(1)电热管结构特点及电热元件直径和长度计算根据该烘箱结构特点，我们决定了电热元件功率及表面采用经特殊处理后的喷涂远红外涂料的碳钢蝶型电热管，加热后，由远红外涂层发射远红外线，被加热工件吸收后，其内部分子和原子发生共振，产生强烈振动、旋转，使工件温度升高，加速干燥。加热管直径oc热惯性，在确定电热功率、外型和管径(可初定)后，根据在空气加热中，电热管表面负荷~<3w／era 计算出电热管的有效长度，若长度允许下，可修正适当减小电热管的直径。因为在满足表面负荷条件下，为了减小加热元件的热惯性，尽可能的减小电加热管的直径。因此有时为了达到电热管的表面负荷要求，可采用多段弯曲及电热管表面缠绕散热片方法来达到要求。

(2)变频调速系统
传动系统采用变频调速具有调速稳定，调速范围宽及具有过、低电压，过载多种保护的参数设置功能，而且能根据用户要求通过功能设置，数字显示线速度成转速、频率等参数，方便操作使用。

2性能探讨
      该设备在一家台资制鞋有限公司得到广泛应用后，受到该公司的一致好评。与该厂先前的传统烘箱的性能相比较，厂家有如下评价：
(1) 从总体上延续了国外同类产品的设计优点，结构紧凑，美观，拆装转移方便、快速，占地空间小，制作较精细。
(2) 同一温度区按1．5m×2节设置，四个温度区之烘箱的温控采用四个电控箱独立控制，为今后生产工艺改变需要增减烘箱时提供了方便。而原先的设备同一温度区采用1节烘箱，四个烘箱之温控采用1个电控柜集中控制，为今后工艺改变及维修带来了不便。
(3) 主传动系统采用行星摆线针轮减速器配变频器进行无级变速。其调速范围宽(当生产工艺要求流程时间改变时具有较大的使用范围)，精度高，调速平稳，低速行走扭矩大等优点，主机配置功率小，能耗低，可节省使用成本。该系统可根据客户要求设置加减速方式“启动”、“停机”、“速度锁定”、“过载电流设定”等诸多功能。原先设备采用滑差调速电机进行调速，由于低速时转差大，转差损耗大(其中部分电能转换为转差离合器涡流热能)，因此效率低；其次，精度低，调速范围窄，(一般使用在120～1200转，分范围内)，速度波动大，输送不稳定等，局限性大。
(4) 温控加热系统采用固态继电器无触点控制，无噪音，使用寿命长。控温方式可按要求选择PID或ON／OFF方式。具有温度补偿及功率PID自整定调节，热惯性小，控温精度高，在实际中测绘得同一层面上各点温度误差≤±2℃。原设备设计庞大、温度控制方式采用交流接触器控制，存在交流和机械噪音，热惯性大，使用寿命短，控温精度低。温度波动大等缺点。
(5) 风道系统设计合理，同一温度区之烘箱(内置式)采用16部耐高温可达120~C之小型离心风机进行热风内循环，能有效地防止热损耗。风机采用超静音风轮(经过高速动平衡过)，设备噪音小。并在第Ⅳ段温度区之烘箱增设了冷却风风机，从而可自动补偿烘箱内温度。前三节烘箱均设置排湿口，能调节烘箱内湿度。由于风道间设计为互通，若某一节烘箱中的一个风机发生故障，可不必停机进行故障排除，该区烘箱仍能保持热风循环，没有影响产能。