基于微型仿生电渗的陶瓷练泥机减阻试验研究.pdf

陶瓷含報Vol.44 No.5第44卷，第5期2023年10 月D0I:10.13957/ki.tcxb.2023.05.018引文格式：戴哲敏，赖增光，徐磊。基于微型仿生电渗的陶瓷练泥机减阻试验研究J陶瓷学报，2 0 2 3,44(5)：995-10 0 3.DAI Zhemin,LAI Zengguang,XU Lei.Reduction_ in resistance of ceramic clay extruder using micro-ciomimeticelectroosmosis J.Journal of Ceramics,2023,44(5):995-1003.Journal of CeramicsOct.2023基于微型仿生电渗的陶瓷练泥机减阻试验研究戴哲敏，赖增光，徐磊(景德镇陶瓷大学，江西景德镇33340 3)摘要：陶瓷练泥机内的泥料黏附现象会导致产品分层和裂纹问题，影响旋压成型的坏体质量。针对以上问题，在黏土黏附理论和土壤电渗机理的基础上，采用仿生微型电渗结构实现泥料挤出壁面的减黏和降阻，并提出以进出口压力差为指标反应电渗减阻性能。采用模块化法搭建压力实验平台，对影响泥料挤出质量和效率的参数进行正交实验。通过分析筒的内壁和进出口处的压力结果可知，最优组合为A3B5C1D3E1F5，主次因素为：铰刀转速、含水率、出口半径、电渗电压、电极间隙和阴阳极宽度比。采用最优参数组合对TL-125型真空练泥机的挤泥筒进行改进，结果表明，仿生微电渗结构的减阻率达到2 6.7%，练泥机能耗降低11.58%，泥料表面形态有较大程度改善，试验取得预期效果。关键词：陶瓷练泥机；正交实验；黏土电渗；减黏降阻；仿生电渗结构中图分类号：TQ174.6+13文献标志码：A文章编号：10 0 0-2 2 7 8(2 0 2 3)0 5-0 995-0 9Reduction in Resistance of Ceramic Clay Extruder UsingMicro-Biomimetic ElectroosmosisDAI Zhemin,LAI Zengguang,XU Lei(Jingdezhen Ceramic University,Jingdezhen 333403,Jiangxi,China)Abstract:The adhesion phenomenon of clay in the ceramic clay extruder would bring out issues,such as product layering andcracking,which affects the quality of the bodies formed by using rotary molding.To address these problems,a biomimeticmicro-electroosmotic structure is proposed based on the clay adhesion theory and soil electroosmotic mechanism to reduceadhesion and resistance on the clay extrusion wall.Additionally,it is proposed to use the pressure difference between the inletand outlet as an indicator to reflect the reduction in electroosmotic resistance.To conduct the experiment,a modular methodwas used to build a pressure test platform,while orthogonal experiments were carried out to analyze the parameters that affectthe quality and efficiency of the clay extrusion.By analyzing the pressure results at the inner wall of the cylinder and the inletand outlet,optimal combination was identified to be A3B5C1D3E1F5,with the main and secondary factors being the hingeknife speed,water content,outlet radius,electroosmotic voltage,electrode gap and anode-cathode width ratio.Using thecombination of optimal parameters,qualities of the clay extrusion cylinder with the TL-125 vacuum clay extruder wasimproved.It is found that the electroosmotic resistance reduction rate of the biomimetic micro-electroosmotic structurereached 26.7%,the energy consumption of the clay extruder was reduced by 11.58%,and the surface morphology of the claywas significantly improved.The experiment results are well within the expectations.Key words:ceramic clay extruder;orthogonal experiment;clay electroosmosis;reducing viscosity and resistance;biomimeticelectroosmosis structure收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 6。基金项目：江西省自然科学基金(2 0 192 BAB206023)；江西省科技厅重点研发计划项目(2 0 2 0 2 BBEL53013)。通信联系人：戴哲敏(196 4-)，男，硕士，教授。修订日期：2 0 2 3-0 5-2 5。Received date:2023-03-06.Correspondent author:DAI Zhemin(1964-),Male,Master,Professor.E-mail:d_z_Revised date:2023-05-25.陶瓷含報2023年10 月(1)9960引言练泥机是一种混合、揉练和挤压高黏性陶瓷泥料的工程设备。泥料与金属壁面的相对运动受黏滞力影响，导致出泥速度分布不均，泥料呆滞、滑移分层、筒壁过发热和整机耗能增加等，影响泥料挤出的质量和效率。为解决上述问题，蔡祖光等2-3 通过采用ANSYS软件对练泥机的铰刀和筒体结构进行仿真优化，有效提高了泥料的炼制效率。赖泽标等4 采用表面改型法，对螺旋铰刀表面施加仿生凹凸包结构，改善泥料的滑移分层问题，提升了产品的挤出质量。目前，面对高效率与高质量的产品需求，针对练泥机结构进行提质增效优化已很难实现较大的提升，表面改型法效果突出但具有较高的制备难度和成本，添加振动、刮板等零部件使结构复杂化，不便维护5。近年来，电渗减黏降阻技术在农业机械6 、工程机械7 、石油钻探等领域得到广泛应用。电渗法结构简单，效果好、成本低且易于维护。但以高电压和阴阳极分离布置为特点的传统电渗结构，存在安全性差、电极腐蚀过快、效率低等诸多问题。研究人员借鉴蚯蚓、鳝鱼等土壤池沼生物体表面的电渗黏液减黏脱附效应，研发出一种具有平面低压特性的微型仿生电渗结构8-9。侯磊在对仿生微电渗法解决地面机械与土壤黏附有效性的研究中，对多种虾蚓的体表电位进行测试，并通过基于减阻率的多因素实验，指出该结构具有显著的减黏脱附效果10 。孙坤基于黏土电渗机理，并借鉴仿生微电渗法，对挤泥筒内壁施加电渗结构，有效降低练泥机功率、提高了泥料的可塑性，实现了泥料挤出过程中的减黏和降阻目标 。陶瓷练泥机对泥料的搅动、混合和挤压等作用效果较为复杂，压载力和泥料运动方式与一般的土壤机械不尽相同。陶瓷泥料也不同于田间土壤或沙土，其具有黏粒含量高、气体含量少、可塑性强和孔隙率低等特点。目前，在陶瓷练泥机上应用仿生微电渗架构实现减黏和降阻的相关研究和应用仍处于起步阶段，只进行简单的验证和少量参数的优化研究无法满足练泥机减黏降阻性能和泥料高品质挤出的需求。本文在黏附理论、黏土电渗机理等的基础上，提出以进出口压力差为衡量黏土电渗减黏降组的性能指标,模块化搭建以TL-125练泥机为基础的压力试验平台，并采用正交实验法进行泥料的平台挤出实验，通过对各因素水平进行分析，探究练泥机性能参数、泥料性质参数和练泥机结构参数对仿生微电渗法的效率和泥料挤出质量的耦合影响效果，实现陶瓷练泥机挤出泥料的质量和效率的系统性控制，以期实现最佳的减黏降阻效果。1黏土电渗减阻机理及检测方法陶瓷泥料的流变特性与Bingham流体类似，根据流体黏附理论，泥料在与平整金属壁面接触时形成黏附，泥料与金属壁面的黏附力分为沿接触面垂直方向的法向黏附力和沿泥料运动方向的切向黏附力12 。如图1(a)为泥料与金属壁面运动及受力方向示意图。水分张力理论认为，泥一壁面间的水分张力大小数值上等于泥料的基质势，泥料组分稳定时，水分张力与泥料的含水率相关13。当泥一壁面的泥料含水率低时，形成不连续水膜，即水环，泥-壁面的黏附面积为泥料团粒形成的水环面积。当接触面泥料含水率较高时，泥一壁面形成连续水膜，泥料的黏附面积为实际接触面积141。如图1(b)和1(c)所示，分别为黏土粒与金属壁面微观状态的黏附示意图和静止状态下水环形态的示意图。泥一壁面形成的独立水环的黏附力为：F,=2元RY1L(cos0,+cos0.)1+D/H式中：R为黏粒平均半径；Lv为壁面稳定后水膜形成的曲面张力；D为微凸体外缘到金属壁面距离；H为水环侧面在微凸体上的垂直投影高度；1、0 2 分别为土壤水与黏粒微凸体和金属壁面的接触角。如图1(d)所示为运动状态下水环形态示意图。受泥料中土粒弯月面的运动产生的切向黏附力即土粒黏附力和水黏滞力影响，切向黏附产生的切向黏附阻力可表示为：Tn=(cos04-cos0,)lo式中：0 3、0 4为水膜接触的前进角和后退角；lo为表面张力的作用长度，lo=li=l2。根据泥料的黏附特征，泥料在金属壁面所受的切向运动阻力主要由三部分组成：泥料的固体颗粒与金属壁面刚性接触所形成的干摩擦力、泥料的切向黏附力、法向黏附力产生的切向阻力。泥一壁处泥料的切向运动阻力可表示为：F,=fmNm+f,F,+tn式中：Jm、Jn 为摩擦因素；Nm为泥料作用金属壁面的法向载荷15(2)(3)(11)第44卷第5期Clay particlesFVFCeramic clayF(a)q-Water ringMetal surfaceVH623(c)图1泥料与固体壁面黏附示意图Fig.1 Schematic diagram of clay adherence to solid wall以电势梯度下降方向为正向，根据H-S电渗理论模型，泥料内由电势梯度引起的渗流速度为：Ve=&sVV4元uW式中：为泥料的介电常数；（为泥料的zeta电位；为土壤水动力黏度；W,为阴阳两极间隔宽度16 。根据Darcy定律,水头梯度引起的渗流速度为：Vh=k,VH(5)式中：kh为泥料内的水力渗透系数；H为水头。由于练泥机中的泥料在挤出的过程中，锥形壁面产生的压力会反作用于电渗流。则受压力影响下泥料截面中孔隙水的渗流速度为：02V8ute式中：为泥料的孔隙率；r为泥料内部孔隙半径；tc为泥料多孔结构的弯曲度；p为压力场的强度。泥料在挤泥筒内受电场和压力作用下，内部水分形成渗流效果，在阳极失去水分的同时在阴极聚集形成水膜。由假设(7)可得，阴极处孔隙水流速为：Vw=Ve+Vh+Vp泥一壁处泥料的水膜厚度改变量为：Ab=o.Vvw则加人仿生微电渗后的泥一壁面泥料的切向运动阻力可表示为：2元RYLVF.=11+(D+b)/(H +A b)进出口压力差可表示为：AF=(Nm+F,)sin式中：为挤泥筒锥度。戴哲敏等：基于微型仿生电渗的陶瓷练泥机减阻试验研究RInterval(b)4(d)(cos 0,+cos 02)(9)(10)997由此，可通过进出口压力差值反映仿生微电渗的减阻效果，值越小则电渗减阻效果越好，反之亦然。减阻率可表示为：AFo-AF入=AF式中：F为未加仿生微电渗时的压力差。2实验设计2.1陶瓷练泥机与陶瓷泥料以TL-125型真空练泥机为实验研究对象，泥料挤出结构的部分参数如表1所示。实验使用陶瓷泥料为实验室储备泥料，成分以绢云母、石英、高岭土为主，在常温下采用横流式平板测量法测量泥料相关参数17 ，其中，动力黏度采用非牛顿(4)模型中的Bingham模型18 ,泥料样品物理参数见表2，不同含水率下的泥料性质见表3。表 1练泥机相关结构尺寸(mm)Tab.1 Relevant structural dimensions of theclay extruder(mm)PropertyRadius of hubReamerradiusReamer pitchReamerthickness(6)Mixing and vacuum section lengthLength of screw conveyor sectionBottom radius length of clay conical cylinderTop radius length of clay conical cylinderLength of clay conical cylinderExtrusion outlet length表2 泥料样品物理性状参数(7)Tab.2 Physical properties of the clay sample(8)Plastic limit/%Liquid limit/%Hydraulic permeabilitycoefficientNon-uniformity coefficientControlling particle size/mPowder mass fraction/%Clay mass fraction/%Value20.042.570.05.0350.0200.062.540.0100.010.0ParameterValue22.553.51.254.357.24122陶瓷報2023年10 月表3不同含水率下的泥料性质Tab.3 Properties of the clay with different contents of water998Moisture content19.50%21.35%22.10%24.54%27.20%为了便于实验研究和分析，对练泥机和泥料相关性能或参数进行简化或假设：（1）忽略轮毂倒角、铰刀的倾斜和摩擦作用对泥料运动的影响；(2）忽略泥料受重力及惯性力的影响；(3）忽略泥料回流的影响；(4）泥料中空气受真空作业，可忽略不计，Plastic viscosity/(Pas)1.28 1031.12 1031.07 1030.98 1030.92 103Yield stress/(Nm-2)1.32 1041.02 1049.46 1037.551036.50 103感器采用粘贴方式安装在压力架上，壁面处的传感器布置在内壁面与黏性绝缘胶层之间。传感器在载荷、精度、灵敏度、温度影响、湿度影响和安装方式等方面符合实验需求。23Density/(kg:m=3)1.98 1031.93 1031.91 1031.85 1031.77 10345-68泥料为不可压缩流体；9(5）泥料的雷诺数很小，与泥料流动相关的讨论在层流前提下展开；(6）泥料在电渗实验的前、中、后期，内部a组成成分和理化性质不变；(7）由电势梯度和水头梯度引起的流量可以叠加19 O2.2实验平台搭建本次实验基于乐陶生产的双轴TL-125型练泥机，设计了一套练泥机泥料电渗挤出实验装置。如图2 所示，整套仪器由练泥机、挤泥筒实验装置、压力检测与监控装置和仿生微电渗装置的4个模块组成。其中，图2(a)为试验台整体结构示意图，图2(b)为挤泥筒实验装置模型图。练泥机主体装置由电机、真空系统、螺旋铰刀和电路控制系统等组成。三相异步电动机提供动力，变频器调节铰刀转速；真空系统抽出泥料内空气；铰刀和挤泥室的材质为不锈钢。采用文献2 0 所述的仿生微电渗结构和方式对挤泥筒内壁进行改装，挤泥筒与挤出头采用法兰方式连接，出口卡盘用于调节挤泥筒出口半径，挤泥筒部分采用增材制造获取，材质为PETG。压力检测装置由压力传感器安装架、压力传感器、采集模块、储存与监控器等组成，传感器共4个，Y1和Y2粘贴在人口和出口压力传感器安装架上，Y3和Y4粘贴在导电胶条与挤泥筒壁之间，基于铰刀轴旋转中心对称分布，距离挤泥筒人口处50 mm。采用澄科电子四通道信号调理模块和MY2802薄膜压力传感器。出人口处的传101112b131716-图2 练泥机主体与实验装置图1-电机及减速器；2-进料口；3-真空室；4-挤出室；5-压力采集模块；6-入口压力传感器安装架；7-电渗电源；8-出口压力传感器安装架；9-挤泥筒；10-电渗负极；11-橡胶垫片；12-出口压力传感器Y2;13-出口卡盘；14-壁面传感器Y3/Y4;15-电渗正极；16-入口压力传感器Y1；17-螺旋铰刀。Fig.2 Clay extruder main body and experimental diagram1-Motor and reducer;2-Clay inlet;3-Vacuum chamber;4-Extrusion chamber;5-Pressure data acquisition module;6-Mounting bracket for pressure sensor at the inlet;7-Powersupply for electroosmotic device;8-Mounting bracket forpressure sensor at the outlet;9-Clay extrusion cylinder;10-Negative electroosmotic device;11-Rubber gasket;12-Pressure sensor Y2 at the outlet;13-Circular disc at theoutlet;14-Sensor Y3/Y4 at the wall;15-Positive electroosmoticdevice;16-Pressure sensor Y1 at the inlet;17-Spiral reamer.仿生微电渗装置由电渗电源、电渗电极盘、导电胶条组成，如图3所示2 1。微电渗的电源采用睿登DPS8005恒压恒流数控电源。阴极和阳极分别为采用铝基和铜基材料的导电胶条，一面导电，另一面可粘贴在筒体内壁上,厚度为0.30 mm0.50mm，L15of the device?14第44卷第5期长度适应挤泥筒内壁椎面的母线长，宽度根据正交试验设计方案选取，筒壁内导电胶条安装方式如图3(a)所示。电渗电极盘由盘身和电缆组成，电缆微凸可紧贴导电胶条，电缆外伸可连接电源，如图 3(b)所示。(a)ElectroosmoticanodeElectroosmoticcathode图3仿生微电渗结构示意图Fig.3 Schematic diagram of bionic microelectroosmosis structure2.3试样制备将储备泥料烘干击碎，取多组含水率条件制备泥料样本。将泥料在练泥机上连续练制至少5遍且保持每组的练制次数相同。炼制过程中不断使用精讯畅通的JXBS-3001型土壤参数分析仪测量泥料含水率，当同组泥料所测定出的含水A(WaterLevelcontent)/%116.50218.50320.50422.50524.503结果与讨论通过对正交试验2 5个样次的实验分析，挤出筒内4组压力传感器的监测压力值如表5及图4所示。根据公式(10)，以进出口压力差即压力传感器Y1与Y2的差值为衡量仿生微电渗结构的减阻性能指标，为了分析各因素对目标影响的显著程度，实验中每个实验号记录5组压力检测结果，分别对不同因素和水平下的进出口压力差取平均值，如表5及图4(a)所示，壁面压力检测结果如图4(b)所示。(1）泥料含水率。泥料的含水率对仿生电渗减阻效果的影响较为显著，总体趋势为：进出口压力差随着泥料含水率的增大呈现先减小后增大的趋势。如图4(c)中的A3，即含水率为2 0.5wt.%戴哲敏等：基于微型仿生电渗的陶瓷练泥机减阻试验研究(b)PETGCableB(Exitradius)/mm30.032.535.037.540.0999率上下浮动在10 wt.%之内、表面光滑、截断面相对整齐时停止炼，最后一次炼时使用钢丝截取长度为(150 5)mm的泥段，分别放在保温保湿的泡沫箱中存放，静置12 h后取样测定含水率，保证测定的含水率与实验设计的含水率误差小于10wt.%，确定为可使用的泥料样本，方能继续开展实验2 2 。2.4正交实验设计为研究泥料的含水率、挤泥筒出口半径、螺旋铰刀的转速和挤泥筒内壁仿生微电渗结构的不同对泥料挤出质量和效率的影响，通过实验设置将含水率、半径、转速、电压、电极间隙和电极宽度比例作为研究因素。根据相关文献和生产经验，设定练泥机的真空室压强为0.0 5MPa，选取泥料的含水率介于16.5wt.%24.5wt.%，挤泥筒出口半径介于30.0 mm40.0mm，螺旋铰刀的转动速度介于2 0.0 rmin-l32.5r mi n l，阳极宽度为5mm，阴阳电极宽度比介于1.0 2.0，电极间隙介于 2 mm 6 m m，电渗电压介于 V24V23。每个因素设计5种水平，因素水平表如表4所示，选用L25(5)表进行正交试验。表 4因素水平表Tab.4 Factor level tableC(Rotationalspeed)/(r:min-)20.523.526.529.532.5D(Widthratio)1:11.25:11.5:11.75:12:1时，平均进出口压力差达到最小为8.18 4N，该减阻趋势与肖宇豪等的研究结果相吻合7 。根据泥料黏附机理和仿生电渗减黏机理，较大的泥料含水率在电渗作用下的减阻效果优于较小含水率下，随着含水率的持续增大，电渗对泥壁面的减阻效果逐渐减弱。如图4(a)中的A5，即当含水率为24.5wt.%时，进出口压力差达到8.6 6 8 N。表明过大的泥料含水率对电渗的减阻效应呈现负作用。(2）挤泥筒出口半径。练泥机的挤泥筒出口半径对仿生电渗减阻效果的影响较大，总体趋势为随着挤出口半径的增大，减阻效果越好。如图4(c)中的Bs，即挤泥筒出口半径为40 mm时，平均进出口压力差达到最小为8.2 13N。这是因为挤泥筒的出口半径影响泥料对壁面的法向压力，具体为出口半径越大，泥料对挤泥筒内壁的法向E(Electrodegap)/mm2.03.04.05.06.0F(Electroosmoticvoltage)/V8.012.016.020.024.0陶瓷含報2023年10 月表5正交实验与结果分析Tab.5 Orthogonal experiment results.1000.Test No.12345678910111213141516171819202122232425K1K2K3K4K5RS2Primary andsecondaryfactorsOptimal level压力越小，而阴极的水膜厚度主要受电渗的富水效应和达西定律影响，压力的改变会影响泥料内部空隙的形态，进而影响孔隙水的流速，最终对泥壁面的减黏降阻形成影响。(3）螺旋铰刀转速。螺旋铰刀的转速对仿生电渗减阻效果最为显著，即总体上随着铰刀转速的增大，减阻效果呈现向好的趋势。如图4(c)中的Ci，即螺旋铰刀转速为2 0.5rmin时，平均进出口压力差达到最小(8.0 94N)。这是因为根据泥料的相关物理特性，螺旋铰刀转速的改变即对泥料的剪切速率的改变会影响泥料的黏度。同时，泥壁面水膜的厚度受电渗时间的影响，具体为转速的增大会减小挤泥筒内壁处泥料电渗作用的时A11111222223333344444555558.9848.6808.1488.4208.6680.8001.426A3B12345123451234512345123458.9138.8198.5998.3938.2130.7001.689B5C12345234513451245123512348.0948.2688.5828.8989.0770.9833.899CBAFDEC1D3间，水膜厚度的减小使电渗减黏降阻效果减弱，最终导致进出口压力差随着铰刀转速的增大而呈现增大的趋势。(4）阴阳极宽度比。阴阳极的面积对电渗效果影响较小，即总体上随着阴极面积的增大，进出口压力差呈现先减小后增大的趋势。如图4(c)中的D3，即当阴阳极宽度比为1.5：1.0 时，进出口压力差达到最小为8.515N。这是因为较小的阴极面积不利于富集在阴极处的水膜充分铺开，减阻效果达到瓶颈，而较大的阴极面积使水膜过分摊薄，降低了水膜的减阻效果。(5）阴阳极间隙。阴阳极的间隙对电渗效果影响较小，即总体上随着间隙的增加，进出口压D12345345125123423451451238.6458.5818.5158.6258.5710.1300.089E12345451232345151234345128.4998.5868.6498.6088.5940.1500.068E1F12345512344512334512234518.8628.7468.5198.5008.3540.5080.808F5Y1/N25.46824.70824.16124.36624.79823.09524.34525.33925.51621.88623.25723.61123.82219.95520.74823.95523.94221.19222.62822.88125.34822.85523.19322.90123.186Y2/N16.40815.75915.17715.29615.94114.67515.11916.39916.48114.10514.85814.99814.84812.48313.28714.89415.04813.45114.38214.72115.72414.43914.83714.76114.380Y3/NY4/N7.3197.2997.2917.2397.2377.2007.1907.1577.3637.3736.9786.8617.2437.2017.3257.4187.5067.4366.6616.7537.0507.0387.3187.4077.2357.1356.0245.9226.0876.0917.1297.0736.9586.8736.3496.2776.7696.7116.9156.9677.7547.8476.8616.8106.8936.8766.6186.6666.8186.782第44卷第5期力差呈现先增大后减小的趋势。如图4(c)中的E1，即间隙为2 mm时，进出口压力差达到最小为8.499N。这是因为较小的间隙缩短电渗行程，提高电渗效率；同时，阴阳极距离的增大可以有效减缓达西定律的影响，使阴极富集的水分较慢流回阳极，最终影响电渗减阻效果。(6）电渗电压。电渗电压对仿生电渗减阻效果的影响不大，即总体上随着电压的增大，进出口压力差呈现减小的趋势，该结果与丛茜等人的研究结果相吻合2 4。如图4(c)中的Fs，即电渗电压为2 4V时，平均进出口压力差达到最小为8.354N。这是因为根据电渗的能级梯度理论，较大的电势差对泥料的作用范围更大，电势的提高会显著影响电渗流速，同时较大的能量能驱动更大的带电粒子运动进而影响孔隙水的流动状态，Tab.6 Experimental results of the optimal group and the blank control groupExperiment No.Pressure difference between Ci and Cz/N0(Blank group)26(Optimal group)(a)10.0 9.59.08.58.07.5图4不同因素水平下压力检测或计算结果：(a)进、出口压力差计算结果；(b)壁面压力检测结果；(c)各因素与Fig.4 Pressure detection or calculation results at different factor levels:(a)calculation results of the difference between inletand outlet pressures,(b)testing results of wall pressure and(c)trend of each factor with the average inlet and outlet pressure戴哲敏等：基于微型仿生电渗的陶瓷练泥机减阻试验研究进出口压力差的结果相符合。(8）最优参数组合。选取各因素对减阻效果的影响最大的水平，如图4(c)所示，为A;BsC,D;EiFs,设置练泥机挤出速度为2 0.5rminl，挤泥筒出口半径为40 mm，设置电渗结构的阴阳极宽度比为1.5：1.0，两电极间隙为2 mm，电渗电压2 4V，依照相同方法准备同一批次的含水率为2 0.5wt.%的泥料展开实验。设计空白对照组，其中微电渗装置不通电，其他条件相同。使用PZEM-011功率传感器对练泥机的挤出电机功率进行检测。实验数据如表6 所示。表6 最优组与空白对照实验结果表Wall pressure(average)/N11.3278.3356.5224.486(b)8.07.57.06.5-6.005(c)9.08.58.07.57.06.5平均进出口压力差和平均壁面压力的变化趋势difference and the average wall pressure1001.提高电渗效率，进而提高电渗减阻的效果。(7）根据挤泥筒壁面处压力检测结果，如图4(c)为Y3、Y 4 两组壁面压力检测结果的平均值的各因素水平平均壁面压力，其与各因素水平平均Motor power/kw1.2521.107Wall pressurevalue1Wall pressurevalue21015Test No.20250Average inlet and outlet pressure differenceAveragewall pressure-510Level No.1520Test No.25陶瓷報2023年10 月.1002相比较其他组的实验结果，进出口压力差相差最大为3.432 N，最小为1.50 4N，壁面压力亦有较大程度下降；相比无电渗的空白对照组，采用仿生微电渗减阻的进出口压力差与之相差4.805N，壁面压力相差3.8 49N。图5(a)为采用最优组参数改进的练泥机所挤出的泥料，图5(b)为采用空白组参数的练泥机所挤出的泥料，由泥料表面形态对比可知，前者泥料表面更光滑、无明显裂纹。(9）由公式(10)并结合正交实验结果可知：仿生微电渗减阻效果的影响因素与电渗时间、法向压力和电渗流速相关；而电渗时间与螺旋铰刀转速相关；法向压力与挤泥筒锥度和泥料物理学性质相关；电渗流速与电场强度和泥料电学性质相关。而泥料的电学性质和物理学性质在颗粒级配和化学成分相同时主要受含水率的影响。(a)80mm图5最优参数组与空白组挤出泥料表面形态对比Fig.5 Surface morphologies of the extruded slurry betweenthe optimal parameter array and the blank group4 结 论（1）基于正交试验设计法得出，采用仿生微电渗法对陶瓷真空练泥机的挤泥筒的泥一壁面进行减黏降阻性能的优化中，电渗法的减阻性能具有以下趋势：随着含水率的增大呈现先增强后降低的趋势，当含水率为2 1.8 7 wt.%左右时达到最优；随着出口半径的增大而增强，当半径为40 mm时达到最优；随着铰刀转速的增大而降低，在转速为2 0.5rmin-时达到最优；随着电压的增大而增强，在电压为2 4V时达到最优。(2）基于正交实验结果可知，螺旋铰刀的转动速度对结果的影响最大，泥料含水率次之，出口半径再次之。仿生微电渗结构参数中，电压对减阻效果影响最大，电极间隙次之，阴阳极宽度比的影响最小。当参数组合为A3BsC;D3E;Fs时,进出口压力差相差最小达到3.10 1N。(3）相较于无仿生微电渗结构的减阻优化，采用最优电渗结构下的进出口压力差差值为4.8 0 5N，减阻率为2 6.92%，电机功率降低了11.58%。参考文献：1汪婷，史晓琪。真空练泥机对泥段质量的影响分析。电瓷避雷器,2 0 16(4):7-11,16.WANG T,SHI X Q.Insulator and Surge Arresters,(b)2016(4):7-11,16.2 蔡祖光真空练泥机螺旋及其对泥料质量的影响 山东陶瓷,2 0 16,39(6):142 0.CAI Z G.Shandong Ceramics.,2016,39(6):14-20.3 何家波，张柏清.基于ANSYS的泥料双螺杆挤出机的流场分析.陶瓷学报,2 0 12,33(3):339-342.60mmHE J B,ZHANG B Q.Journal of Ceramics,2012,33(3):339-342.4 赖泽标仿生非光滑结构对螺旋绞刀挤泥效果影响的数值模拟研究D.景德镇陶瓷学院,2 0 13.5 黄功强，戴哲敏，王景超，等.练泥机筒壁法向超声振动对泥料减黏降阻的影响。陶瓷学报,2 0 2 2,43(2):310-316.HUANG G Q,DAI Z M,WANG J C,et al.Journal of Ceramics,2022,43(2):310316.6 王莲冀，廖劲杨，胡红，等。农机触土部件减粘脱附技术研究现状与展望J中国农机化学报，2 0 2 1,42(8):2 14-2 2 1.WANG L J,LIAO J Y,HU H,et al.Journal of ChineseAgricultural Mechanization.2021,42(8):214-221.7，肖宇豪，刘成，黄琳，等电渗法降低黏性土黏附力室内试验。林业工程学报,2 0 2 0,5(4):16 8-17 3.XIAO Y H,LIU C,HUANG L,et al.Journal of ForestryEngineering,2020,5(4):168-173.8 阎备战，丛茜，任露泉，等.交变电流在仿生非光滑表面电渗中作用原理的试验研究 农业工程学报，1997(3):32-36.YAN B Z,CONG Q,REN L Q,et al.Transactions of the CSAE,1997(3):32-36.9 任露泉，丛茜，李建桥，等仿生表面电渗脱附方法：第44卷第5期CN1382878 P.2002-12-04.10】侯磊.仿生微电渗减粘脱附探索 D.吉林大学,2 0 1 6.11】