輕質(zhì)顆粒物料防架橋進(jìn)料器的設(shè)計(jì)

黃燦軍

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510635）

在食品生產(chǎn)過程中，被加工或包裝的物料通常為粉狀、粒狀、塊狀或條狀等［1，2］，由于物料顆粒小、形狀不規(guī)則、密度小、休止角大、流動(dòng)性差，容易在料倉中產(chǎn)生架橋、搭拱現(xiàn)象，從而引起加料不穩(wěn)定或停止供料等問題，如圖1所示。

由于架橋通常發(fā)生在料倉的傾斜側(cè)壁上，因此在此處增設(shè)如圖1中a向所示的觀察口，平時(shí)用透明有機(jī)玻璃蓋上，當(dāng)發(fā)生架橋時(shí)，取下有機(jī)玻璃，用木棒等工具從窗口中伸入料倉，捅散物料，使之自由下落，顯然這種方法不能適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。

在實(shí)際加工中為了防止物料架橋以及滿足連續(xù)性生產(chǎn)的要求，采用了電機(jī)帶動(dòng)螺旋軸防架橋的設(shè)計(jì)，如圖2所示，但對(duì)于某些物料，該方法并不能完全解決問題，在螺旋軸沒有掃到的地方依然出現(xiàn)器壁掛料的現(xiàn)象。

圖1 物料架橋示意圖Figure 1 Diagram of material bridging

圖2 器壁掛料示意圖Figure 2 Diagram of material hang on the wall

物料的架橋和掛壁是食品生產(chǎn)過程中通常遇到的兩個(gè)問題，是由物料流動(dòng)不暢造成的。加料是否均勻和連續(xù)影響著食品和包裝機(jī)械的性能，進(jìn)一步影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，所以加料的穩(wěn)定性及均勻性已受到了研究人員的關(guān)注。

1 料倉內(nèi)腔的防架橋裝置

1.1 攪拌軸防架橋裝置

圖3 攪拌軸防架橋裝置Figure 3 Diagram of mixer shaft Anti－Bridging－Type device

文獻(xiàn)［3］中介紹了一種攪拌軸防架橋裝置，見圖3。在攪拌軸上焊有支桿，使攪拌軸能夠作用到料倉的整個(gè)內(nèi)腔，同時(shí)為了增強(qiáng)攪動(dòng)效果，在料倉上焊有定子，能成功解決物料的架橋和堵塞問題。該裝置由于帶動(dòng)攪拌軸的電機(jī)需安裝在料倉上方，不利于料倉的加料。

1.2 可更換螺帶的防架橋裝置

文獻(xiàn)［4］中介紹了一種可更換螺帶的防架橋裝置，見圖4。電機(jī)帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)接螺栓進(jìn)一步帶動(dòng)料斗內(nèi)的螺帶旋轉(zhuǎn)，螺帶的形狀與料倉的形狀基本一致，使螺帶能夠掃到料倉內(nèi)的絕大部分空間。針對(duì)不同的物料，采用可更換的螺帶，同時(shí)螺帶與料倉機(jī)殼的間隙還可以通過彈簧上的手輪調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)不同物料。該裝置有效地避免了架橋現(xiàn)象，可提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。但該裝置較復(fù)雜，不利于制造及安裝。

圖4 螺帶防架橋裝置Figure 4 Diagram of tape helix Anti－Bridging－Type device

1.3 彈簧桿防架橋裝置

文獻(xiàn)［5］中介紹了一種彈簧桿防架橋裝置，見圖5。彈簧桿構(gòu)件由彈簧桿和2組星形支架構(gòu)成，每組星形支架有6根星形支架桿，每個(gè)星形支架桿的末端安裝有一個(gè)觸頭。彈簧桿上端固定于貯料筒蓋，下端抵住加料螺桿。加料時(shí)彈簧桿下端隨著加料螺桿的旋轉(zhuǎn)而向前推進(jìn)，前進(jìn)到一定距離后，彈簧桿的下端脫離螺桿的螺紋，彈簧桿又回彈到起始位置，在加料螺桿的推動(dòng)下再次向前，形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)。彈簧桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)星形支架在貯料筒內(nèi)攪動(dòng)物料，防止物料架橋，觸頭往復(fù)撞擊貯料筒壁，防止物料掛壁。但該裝置中的彈簧桿構(gòu)件一旦產(chǎn)生變形，效果將大為降低。

圖5 彈簧桿防架橋裝置Figure 5 Diagram of spring steelbar Anti－Bridging－Type device

2 料倉出口的防架橋裝置

2.1 水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)防架橋裝置

鑒于物料的架橋通常發(fā)生在料倉的傾斜側(cè)壁靠近出料口處，因此在此處增設(shè)能夠擾動(dòng)物料的防架橋裝置，如圖6所示即為一種水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)的防架橋裝置。電機(jī)帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，在彈簧的共同作用下，使導(dǎo)料桿組件作水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，擾動(dòng)靠近料倉出料口的物料，防止物料架橋。該裝置在實(shí)際使用中存在作用范圍小，噪音大，以及導(dǎo)料桿組件的軸與料斗的縫隙處容易漏料等缺點(diǎn)。

圖6 水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)防架橋裝置示意圖Figure 6 Diagram of horizontal reciprocating motion Anti－Bridging－Type device

2.2 垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)防架橋裝置

文獻(xiàn)［6］中介紹了一種置于料倉出料口的垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)防架橋裝置，見圖7。該防架橋裝置由加料螺桿上凸輪、導(dǎo)料桿件組以及碟形彈簧等構(gòu)成。凸輪焊接在加料螺桿上，導(dǎo)料桿件在凸輪和碟形彈簧的作用下垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)攪動(dòng)物料，使物料松散，防止物料在料倉出料口處架橋。同樣該裝置只能對(duì)料倉出料口附近的物料產(chǎn)生作用，如果要解決料倉內(nèi)的懸料掛壁問題，還需要在料倉外側(cè)增加一個(gè)激振器，通過振動(dòng)解決掛壁現(xiàn)象。

圖7 垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)防架橋機(jī)構(gòu)示意圖Figure 7 Diagram of vertical reciprocating motionAnti－Bridging－Type device

3 一種改進(jìn)料倉的防架橋機(jī)構(gòu)

上述的防架橋裝置有些結(jié)構(gòu)偏復(fù)雜，不便空間布置，有些由于在料倉的上蓋上增加有支撐結(jié)構(gòu)和電機(jī)，而導(dǎo)致加料不方便。為了能既簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，又提高防架橋能力，筆者在實(shí)踐中采用了改進(jìn)料倉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的料倉都采用上寬下窄的漏斗狀設(shè)計(jì)，如圖8（a）所示，在料倉的底部通過傾斜面逐漸過渡到出料口，正是由于斜面對(duì)物料的支撐才會(huì)導(dǎo)致物料發(fā)生架橋。為此可在料倉設(shè)計(jì)中采用一個(gè)垂直面來破壞物料的架橋條件［7，8］，如圖8（b）～（d）所示，但這些料倉還是不能很好地解決特殊物料的架橋問題。

圖8 幾種不同形狀的料斗結(jié)構(gòu)示意圖Figure 8 Diagram of some difformity hopper

采用如圖9所示的長(zhǎng)方體料倉能很好地解決物料架橋問題。大料倉是一個(gè)長(zhǎng)方體形狀，沒有收窄的出料口。在大料倉的底部是一個(gè)直徑較大的進(jìn)料螺桿。由于料倉沒有傾斜面，物料在料倉中沒有受到支撐力，均能自由落到進(jìn)料螺桿上，被螺桿推出。由于進(jìn)料螺桿的直徑較大，在進(jìn)料螺桿的末端物料并不能均勻而是成團(tuán)下落，為此在進(jìn)料螺桿的末端再增設(shè)一個(gè)小料倉。小料倉的出料口處安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪。通過旋轉(zhuǎn)葉輪使小料倉中的物料均勻送出。

圖9 長(zhǎng)方體料倉防架橋機(jī)構(gòu)示意圖Figure 9 Diagram of cuboid hopper Anti－Bridging－Type device

帶動(dòng)進(jìn)料螺桿和旋轉(zhuǎn)葉輪的電機(jī)均由變頻器控制，其轉(zhuǎn)速可調(diào)，因此該進(jìn)料器的進(jìn)料量可調(diào)。其進(jìn)料量由進(jìn)料螺桿控制，而調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)葉輪轉(zhuǎn)速的作用是配合進(jìn)料螺桿，使被進(jìn)料螺桿推出的物料均勻、及時(shí)地從小料倉中被帶出，不在小料倉堆積。

通過調(diào)節(jié)進(jìn)料螺桿的轉(zhuǎn)速來控制單位時(shí)間的加料量，計(jì)算公式：

式中：

Q—— 進(jìn)料量，kg／min；

n—— 齒輪轉(zhuǎn)速，r／min；

ρ—— 物料的密度，kg／m3；

D——螺旋軸外徑，m；

d—— 螺旋軸芯桿直徑，m；

s——螺旋軸螺距，m；

δ——螺旋軸葉片厚度，m。

4 結(jié)論

食品生產(chǎn)過程中進(jìn)料器的物料架橋、掛壁現(xiàn)象，對(duì)食品和包裝機(jī)械的機(jī)械性能影響很大。為了解決這一問題，傳統(tǒng)的料倉分別采用了置于料倉內(nèi)部的攪拌軸、螺帶、彈簧桿，以及置于料倉出料口的水平和垂直往返運(yùn)動(dòng)防架橋機(jī)構(gòu)等設(shè)計(jì)，但這些進(jìn)料器要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要么不利于加料。傳統(tǒng)的料倉設(shè)計(jì)方法，即上寬下窄的漏斗形料倉，料倉內(nèi)不可避免地出現(xiàn)傾斜面，而傾斜面對(duì)物料的支撐作用是導(dǎo)致物料發(fā)生架橋、掛壁現(xiàn)象的根本原因。采用長(zhǎng)方體的大、小料倉設(shè)計(jì)即能很好解決這一問題，使物料在大料倉中沒有支撐點(diǎn)，完全落到大料倉底部的進(jìn)料螺桿上，被進(jìn)料螺桿推出大料倉進(jìn)入小料倉，并被旋轉(zhuǎn)葉輪均勻帶出小料倉。另外該裝置的設(shè)計(jì)具有加料、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，試驗(yàn)過程中能夠做到加料連續(xù)、穩(wěn)定均勻，滿足試驗(yàn)要求。

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