定量可調(diào)式吸塵斗＆同步錯(cuò)開式雙弧形閘門設(shè)計(jì)探討

◎ 林亞松，朱金秋

（1.漳州招商局碼頭有限公司，福建 漳州 363105；2.鄭州順安機(jī)電設(shè)備有限公司，河南 鄭州 450000）

目前，機(jī)械化筒倉(cāng)和方倉(cāng)的出倉(cāng)工藝采用裝車樓漏斗漏料方式裝車，其揚(yáng)塵控制方式由伸縮溜管加除塵系統(tǒng)控制。該方式需頻繁操作伸縮溜管，出倉(cāng)除塵系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)成本較高，且除塵效果不理想。漏料口開閉和漏料流量用電動(dòng)推桿（主要是絲桿螺母推桿）閘門和手動(dòng)推桿閘門組合控制完成，該電動(dòng)推桿開、閉閘門速度較慢，需熟練工人操作，否則易溢箱撒料。因此，有必要對(duì)該漏料控塵和閘門開閉方式進(jìn)行技術(shù)研討，設(shè)計(jì)新的漏料結(jié)構(gòu)方式，達(dá)到操作簡(jiǎn)便、降塵、節(jié)能降耗的效果[1]。

1 裝車樓漏斗結(jié)構(gòu)及作用

裝車樓主要由裝車漏斗、閘門裝置、伸縮溜管裝置（含除塵系統(tǒng)的吸塵口）3 部分組成，如圖1、圖2所示。其中，裝車漏斗是儲(chǔ)存輸送設(shè)備從機(jī)械化筒、方倉(cāng)下料口漏料輸送過來的散糧臨時(shí)承料斗；散糧經(jīng)裝車漏斗再通過閘門裝置和伸縮溜管裝置裝車運(yùn)輸?shù)确绞匠鰝}(cāng)。閘門裝置由電動(dòng)推桿閘門、手動(dòng)推桿閘門組成，其中，手動(dòng)推桿閘門起著調(diào)節(jié)漏料流量的作用，調(diào)定后一般不再操作；電動(dòng)推桿閘門起著開、閉漏料口的作用，作業(yè)過程需頻繁操作。

圖1 裝車樓組成圖

圖2 閘門和伸縮溜管裝置結(jié)構(gòu)圖

伸縮溜管裝置由伸縮溜管和除塵系統(tǒng)的吸塵口組成，伸縮溜管裝置起著延伸漏料口和除塵系統(tǒng)吸塵口長(zhǎng)度的作用，達(dá)到降低漏料揚(yáng)塵的效果，作業(yè)過程中操作最為頻繁，能耗很大，作業(yè)成本較高[2]。

2 技術(shù)改造的思路與方案探討

本研究經(jīng)分析與思考，在閘門底部安裝定量可調(diào)式吸塵斗漏料以取代伸縮溜管裝置漏料，在新吸塵斗底部安裝同步錯(cuò)開式雙弧形閘門；新雙弧形閘門和原有電動(dòng)推桿閘門組合取代現(xiàn)有的電動(dòng)推桿閘門、手動(dòng)推桿閘門組合，以達(dá)到降塵、降耗、增效、節(jié)省成本及簡(jiǎn)化操作的目的。

本設(shè)計(jì)含定量可調(diào)式吸塵斗設(shè)計(jì)、帶除塵系統(tǒng)定量可調(diào)式吸塵漏斗設(shè)計(jì)、同步錯(cuò)開式雙弧形閘門設(shè)計(jì)3 部分。下面，本文就這些部分進(jìn)行分析闡述。

3 漏斗漏料揚(yáng)塵產(chǎn)生原因及設(shè)計(jì)思路

3.1 產(chǎn)生原因

漏斗內(nèi)糧食的粉塵混合在糧食顆粒中，漏料糧食揚(yáng)塵可簡(jiǎn)單分為漏料口處揚(yáng)塵、下降過程中糧食流揚(yáng)塵、下落至箱底糧堆揚(yáng)塵3 部分。

（1）糧食流剛出漏料口時(shí)，產(chǎn)生的揚(yáng)塵主要是糧食流表層粉塵受到外界氣流、糧食流帶動(dòng)的氣流及顆粒間碰撞作用而產(chǎn)生的表層揚(yáng)塵。

（2）在糧食流下降過程中，由于粉塵、顆粒流速不同，受加速度作用，糧食流顆粒間隙進(jìn)一步加大，糧食流中塵、粒進(jìn)一步分離，分離的粉塵受外界氣流、顆粒碰撞等作用產(chǎn)生揚(yáng)塵。

（3）當(dāng)糧食流下落到車箱底糧堆時(shí)，糧食流帶動(dòng)的下降氣流快速振動(dòng)和上揚(yáng)，粉塵嚴(yán)重分離出糧堆外層，隨糧食流帶動(dòng)的下降氣流快速?zèng)_擊和上揚(yáng)，產(chǎn)生明顯的揚(yáng)塵。

3.2 設(shè)計(jì)思路

鑒于以上的分析，如果設(shè)計(jì)一種漏料斗，在散糧流出漏料斗時(shí)，將粉塵集中到糧食流中間，并保持一定的下落高度；當(dāng)糧食流下落到車箱底糧堆時(shí)，粉塵盡量保持在糧食顆粒下部。如此，將有效抑制裝車樓漏斗裝車的揚(yáng)塵[3]。

4 定量可調(diào)式吸塵斗設(shè)計(jì)

4.1 定量可調(diào)式吸塵斗結(jié)構(gòu)

定量可調(diào)式吸塵斗由連接法蘭、天方地圓導(dǎo)料斗、圓錐漏料斗、吸塵導(dǎo)料筒和調(diào)量螺桿組成，如圖3 ～8所示。

圖3 吸塵斗的結(jié)構(gòu)圖

圖4 吸塵斗A 向俯視圖

圖5 吸塵斗B 向仰視圖

圖6 吸塵斗B-B 剖面圖

圖7 吸塵斗C-C 剖面圖

圖8 吸塵斗D-D 剖面圖

（1）連接法蘭。連接法蘭用于定量可調(diào)式吸塵漏料斗與原閘門裝置底部連接。

（2）導(dǎo)料斗。吸塵斗的上半部設(shè)計(jì)成天方地圓形狀導(dǎo)料斗，其方形與原閘門裝置漏料口方形尺寸相同，可避免吸塵漏料斗上部積料妨礙原閘門開閉，下部設(shè)計(jì)成圓形與倒圓錐漏料斗相接。

（3）漏料斗。漏料斗的倒圓錐臺(tái)形漏料口起著向中間拋料的導(dǎo)料作用，促使漏出漏料口的環(huán)形糧食流向中部集中，形成中空倒圓錐臺(tái)形的糧食流。

（4）導(dǎo)料筒。圓筒形導(dǎo)料筒可在糧食流流出漏料斗時(shí)形成環(huán)形中空的圓錐吸塵空間；圓筒形導(dǎo)料筒可通過調(diào)整集塵導(dǎo)料筒上下位置，改變環(huán)形漏料截面大小達(dá)到調(diào)整漏料流量的作用。

（5）調(diào)量螺桿。

4.2 定量可調(diào)式吸塵斗的工作原理

（1）當(dāng)裝車樓漏斗閘門裝置的閘門打開時(shí)，糧食從漏斗流入吸塵斗，由于反圓錐漏料斗及導(dǎo)料筒的共同作用，在吸塵斗出口處形成環(huán)形糧食流；倒圓錐臺(tái)漏料口向中部的導(dǎo)料作用，漏出的糧食流向中部集中，形成中空類似倒圓錐凈空空間（如圖9 中的集塵）。

圖9 吸塵斗的工作原理圖

（2）倒圓錐空間的空氣受漏料口處下落的糧食摩擦帶動(dòng)向下流動(dòng)（如圖9 中的空氣流下標(biāo)），從而在漏料口處的糧食流中部圓錐凈空空間的氣壓低于外部氣壓，形成中空負(fù)壓。

（3）圓錐負(fù)壓凈空空間從環(huán)形糧食流外部吸入空氣（如圖9 中的空氣流上標(biāo)），吸入空氣的同時(shí)也將環(huán)形糧食流中的粉塵帶入，在圖9 中的集塵處聚集，聚集的粉塵包裹在糧食流的中間并隨之下落。

（4）當(dāng)糧食流落到糧堆或車箱底部時(shí)，由于被包裹在糧食中間的大部分粉塵被外部同時(shí)下落的糧食覆蓋，隨向上返流的空氣上揚(yáng)的粉塵較少，所以揚(yáng)塵較少，如圖9 糧堆表面所示。

（5）當(dāng)漏斗閘門打開后，可視裝車漏斗和吸塵斗為一個(gè)整體，即吸塵漏斗。

4.3 定量可調(diào)式吸塵斗的流量計(jì)算

（1）根據(jù)以往測(cè)試經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)料口截面積約為0.12 m2時(shí)，玉米料速度為300 t·h-1，由此測(cè)算玉米漏料速度為2 500 t·h-1·m-2。

（2）圖3 中的環(huán)形面積：S=（0.225 m×0.225 m-0.14 m×0.14 m）×3.14=0.097 m2

（3）吸塵斗漏料速度：V=2 500 t·h-1·m-2×0.097 m2=250 t·h-1。

（4）吸塵斗流量可根據(jù)具體需要，相應(yīng)設(shè)計(jì)吸塵斗的規(guī)格大小[4]。

5 帶除塵系統(tǒng)定量可調(diào)式吸塵斗設(shè)計(jì)

5.1 帶除塵系統(tǒng)定量可調(diào)式吸塵斗的結(jié)構(gòu)

（1）帶除塵系統(tǒng)的定量可調(diào)式吸塵斗設(shè)計(jì)，即在上述吸塵斗的導(dǎo)料筒中部穿入除塵器吸塵管，吸塵管通過除塵器接口法蘭與外部除塵器相接，如圖10所示。

圖10 帶除塵器吸塵斗結(jié)構(gòu)圖

（2）由于吸塵管占據(jù)導(dǎo)料筒的中部位置，導(dǎo)料筒的上下位移旋動(dòng)由4 個(gè)或3 個(gè)調(diào)量螺桿實(shí)現(xiàn)（圖10），調(diào)量環(huán)上的螺母與調(diào)量環(huán)焊接成一體，調(diào)量環(huán)經(jīng)固定桿與十字架固定。

（3）導(dǎo)料筒上下位移時(shí)，吸塵管的中部由伸縮管保持密封連接。

5.2 帶除塵系統(tǒng)的定量可調(diào)式吸塵斗的工作原理

（1）當(dāng)糧食從漏斗流出吸塵斗時(shí)，導(dǎo)料筒的底部形成被環(huán)形糧食流包裹倒圓錐凈空空間，除塵系統(tǒng)通過吸塵口底部的倒錐凈空空間吸走環(huán)糧食流粉塵，達(dá)到除塵效果，如圖11 所示。

圖11 帶除塵器吸塵斗的工作原理圖

（2）除塵后的糧食流粉塵極少，余下的隨糧食流下落的少量粉塵包裹在糧食流的中間。因此，從帶除塵系統(tǒng)定量可調(diào)式吸塵斗漏料的糧食基本上不產(chǎn)生揚(yáng)塵。

5.3 帶除塵系統(tǒng)的定量可調(diào)式吸塵斗與帶除塵系統(tǒng)伸縮溜管的區(qū)別

吸塵斗的吸塵口處于漏料口的中間，伸縮溜管的吸塵口處于漏料口的周圍，如圖12 所示。相較而言，吸塵斗配套的除塵系統(tǒng)功率較小，吸塵效果更好。

圖12 帶除塵系統(tǒng)伸縮溜管結(jié)構(gòu)圖

6 同步錯(cuò)開式雙弧形閘門漏斗設(shè)計(jì)

6.1 原閘門裝置存在的問題

裝車樓漏斗裝車時(shí)，閘門需頻繁開閉，原閘門裝置的電動(dòng)閘開閉速度相對(duì)較慢，且只能單側(cè)漏料；在閘門開、閉動(dòng)作的短時(shí)間內(nèi)，無法在漏料口處形成環(huán)形糧食流，影響漏料的吸塵效果。為解決此問題，本研究設(shè)計(jì)了同步錯(cuò)開式雙弧形閘門，可快速?gòu)穆┝峡谥虚g開、閉漏料，達(dá)到閘門開閉瞬間即形成環(huán)形吸塵糧食流的效果。

6.2 雙弧形漏料斗的設(shè)計(jì)

同步錯(cuò)開式雙弧形閘門由雙弧形漏料斗和錯(cuò)開式雙弧形閘門組成，如圖13 所示。雙弧形漏料斗設(shè)計(jì)成方形，上口的內(nèi)長(zhǎng)寬與吸塵斗的中部尺寸相同，下口的寬與吸塵斗的漏料口處相近，以便套入并固定在吸塵斗底部。雙弧形漏料斗的底部漏料口設(shè)計(jì)成雙弧形結(jié)構(gòu)，如圖14～16 所示[5]。

圖13 同步錯(cuò)開式雙弧形閘門（關(guān)閉）圖

圖14 同步錯(cuò)開式雙弧形閘門（打開）圖

圖15 雙弧形閘門A-A 剖面圖

圖16 雙弧形閘門B-B 剖面圖

6.3 同步錯(cuò)開式雙弧形閘門的設(shè)計(jì)

（1）由于吸塵斗漏料口的直徑較大，閘門設(shè)計(jì)成單弧形漏料口單閘門結(jié)構(gòu)（如圖17 所示），需較大的開啟力矩，且閘門開啟時(shí)從漏料口側(cè)邊開，如果漏料將會(huì)影響吸塵斗的吸塵效果。如果設(shè)計(jì)成單弧形漏料口的雙閘門結(jié)構(gòu)（如圖18 所示），當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí)，雙閘門各自受糧食壓力的水平分力往外側(cè)，當(dāng)閘門自身重力的水平往內(nèi)分力小于糧食壓力往外水平分力時(shí)，閘門關(guān)閉需保持外力，且閘門接合部易存在縫隙撒料。

圖17 單弧形漏料口單閘門結(jié)構(gòu)圖

圖18 單弧形漏料口的雙閘門結(jié)構(gòu)圖

（2）同步錯(cuò)開式雙弧形閘門設(shè)計(jì)。當(dāng)雙弧形閘關(guān)閉時(shí)，其各自的閘門受重力和糧食壓力的合力垂直向下，水平分力為0，閘門不用其他外加力即可保持關(guān)閉狀態(tài)。

（3）當(dāng)扳動(dòng)開閉板桿時(shí)，板桿帶動(dòng)齒輪2 和耳板2 繞著齒輪2 的圓心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，耳板2 帶動(dòng)弧形閘門2 開啟，同時(shí)齒輪2 帶動(dòng)與之嚙合的齒輪1 同步順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，齒輪1 帶動(dòng)耳板上順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，閘門1 與閘門2 同步開啟（如圖14）。

6.4 同步錯(cuò)開式雙弧形閘門開啟力矩計(jì)算

（1）雙閘門開啟最大時(shí)的重力力矩測(cè)算：

式中：M、M1、M2為閘門重力矩，kgm；F1、F2為閘門重力，kg；L1、L2為閘門重力力臂，m；a、b、h為閘門鋼板的長(zhǎng)、寬、高，m；ρ為閘門鋼板的密度，kg/m3；

（2）板桿手動(dòng)開啟拉力的計(jì)算值：

式中：F為板桿的拉力計(jì)算值，kg；L3為板桿拉力力臂，取1.1 m；δ1為閘門機(jī)構(gòu)的阻力系數(shù)，取1.5。

（3）經(jīng)計(jì)算，同步錯(cuò)開式雙弧形閘門的手動(dòng)板桿開啟力計(jì)算值為4.4 kg。

6.5 同步錯(cuò)開式雙弧形閘門開啟方式設(shè)計(jì)

（1）本設(shè)計(jì)圖的同步錯(cuò)開式雙弧形閘門開啟方式，是利用一對(duì)嚙合齒輪實(shí)現(xiàn)單板桿手動(dòng)開啟雙閘門，閉合利用閘門自身的重力保持。

（2）同步錯(cuò)開式雙弧形閘門開啟方式，也可用氣缸的氣動(dòng)力取代人力控制單板桿，利用一對(duì)嚙合齒輪實(shí)現(xiàn)雙閘門的開啟。

（3）同步錯(cuò)開式雙弧形閘門氣動(dòng)同步開啟方式，也可在雙閘門耳板頂部各延伸一根開啟板桿，雙板桿中間安裝氣缸，利用氣缸的收回和頂出實(shí)現(xiàn)閘門的開、閉。

7 同步錯(cuò)開式雙弧形閘門吸塵斗的設(shè)計(jì)

7.1 設(shè)計(jì)原理

將同步錯(cuò)開式雙弧形閘門套裝于定量可調(diào)式吸塵漏料斗或帶除塵系統(tǒng)定量可調(diào)式吸塵底部即為同步錯(cuò)開式雙弧形閘門吸塵斗，如圖19 所示。

圖19 安裝雙弧形閘門吸塵斗工作原理圖

7.2 安裝方法

拆除原裝車樓的伸縮溜管裝置，保持原有的閘門裝置，將同步錯(cuò)開式雙弧形閘門吸塵斗上部法蘭固定在閘門裝置的底部法蘭上。

7.3 同步錯(cuò)開式雙弧形閘門吸塵斗的使用

閘門裝置的手動(dòng)閘門保持常開狀態(tài)，電動(dòng)閘門每班作業(yè)前打開，每班作業(yè)后關(guān)閉；漏料控制由同步錯(cuò)開式雙弧形閘門執(zhí)行（原裝置漏料控制由電動(dòng)閘門執(zhí)行）。漏料流速可由事先調(diào)整導(dǎo)料筒的上、下位置控制。

8 結(jié)語(yǔ)

同步錯(cuò)開式雙弧形閘門吸塵斗改變了原筒、方倉(cāng)裝車樓的漏料方式，具有操作簡(jiǎn)便、降塵、節(jié)能降耗的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該同步錯(cuò)開式雙弧形閘門吸塵斗可安裝于移動(dòng)式門機(jī)漏斗和移動(dòng)式裝車漏斗等散糧漏料作業(yè)，起到降塵環(huán)保的作用。