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1前言
定量螺旋給料機(jī)是螺旋輸送機(jī)的一種特殊形式,自20世紀(jì)90年代引入我國(guó)粉洗精制鹽生產(chǎn)系統(tǒng),用此來(lái)控制生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力,保證生產(chǎn)線的均衡生產(chǎn),使生產(chǎn)線中的生產(chǎn)設(shè)備工作在合理狀態(tài),收到了很好的效果。此后,國(guó)內(nèi)的所有粉洗精制鹽生產(chǎn)線均采用了該項(xiàng)技術(shù)。定量螺旋給料機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、工作可靠、工作環(huán)境密閉等特點(diǎn),受到制鹽行業(yè)的重視,并可能廣泛應(yīng)用于糧食、建材、化工、冶金等其它行業(yè)中。它是傳統(tǒng)給料機(jī)如圓盤給料機(jī)、慣性振動(dòng)給料機(jī)、轉(zhuǎn)輪給料機(jī)的一種補(bǔ)充,特別適合于流動(dòng)性較差的粉狀和顆粒狀物料的輸送。定量螺旋給料機(jī)主要應(yīng)用于三個(gè)方面:(1)安裝于生產(chǎn)線前,用此來(lái)控制生產(chǎn)節(jié)拍,使生產(chǎn)線送料均勻,保證生產(chǎn)線均衡生產(chǎn),避免生產(chǎn)線出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象;(2)用于配料過(guò)程中,特別是多種原料的自動(dòng)配料作業(yè);(3)用于流動(dòng)性差的粉狀物料的定量包裝機(jī),需要定量螺旋給料機(jī)強(qiáng)制給料。
2定量螺旋給料工作原理
由于定量螺旋給料機(jī)是螺旋輸送機(jī)的一種特殊形式,顯然它的輸送能力與一般的螺旋輸送機(jī)是相同的,其生產(chǎn)能力如下式所示:
Q=15π(D2-d2)SnφρC    (1)
式中:Q——螺旋給料機(jī)的生產(chǎn)能力,t/h;D——螺旋葉片直徑,m;d——轉(zhuǎn)動(dòng)軸直徑,m;S——螺距,m;n——螺旋軸的轉(zhuǎn)速,r/min;φ——物料的填充系數(shù);ρ——物料的堆積密度,t/m3;
C——給料機(jī)傾角系數(shù)。
當(dāng)某一個(gè)螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)完成后,上述參數(shù)中螺旋葉片直徑D、轉(zhuǎn)動(dòng)軸直徑d、螺距S、螺旋軸的轉(zhuǎn)速n、物料的堆積密度ρ、傾角系數(shù)C均為定值,而這些參數(shù)只和給料機(jī)的結(jié)構(gòu)和物料有關(guān)。只有填充系數(shù)φ無(wú)法保證為恒定值,若使填充系數(shù)為一固定值,就變成了定量螺旋給料機(jī)了。因此定量螺旋給料機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是保證填充系數(shù)φ為恒定值,設(shè)計(jì)螺旋給料機(jī)以此為理論根據(jù)。其結(jié)構(gòu)和組成如圖1所示。

物料通過(guò)輸送設(shè)備輸送至定量螺旋給料機(jī)上方的料倉(cāng)中(在進(jìn)料口上方),為保證螺旋始終充滿物料,需要料倉(cāng)中的物料保持足夠的容量。電機(jī)的動(dòng)力通過(guò)傳送機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋送料器旋轉(zhuǎn),料筒內(nèi)的物料在螺旋葉片的推動(dòng)下,沿料筒向前做軸向運(yùn)移,最后從卸料口流出。由于物料本身重力及其對(duì)料筒的摩擦力的作用,物料不隨螺旋一起旋轉(zhuǎn),其工作情況類似于不能旋轉(zhuǎn)的螺母沿螺桿作直線運(yùn)動(dòng)一樣。實(shí)際上,在輸送過(guò)程中物料顆粒的運(yùn)動(dòng)由于受旋轉(zhuǎn)螺旋推桿的影響,并非是單純的直線運(yùn)動(dòng),而是隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)形成一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)。
一般認(rèn)為當(dāng)螺旋完全充滿物料時(shí),物料填充系數(shù)應(yīng)該達(dá)到1,但經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明無(wú)法達(dá)到,其原因是:(1)由于物料顆粒間具有一定的縫隙,具有可壓縮性,物料在螺旋輸送過(guò)程中受到葉片的擠壓,從而使葉片前端靠近葉片的物料受到擠壓并壓實(shí),葉片后端的物料由于物料的減少形成空隙,螺旋處于不能充滿狀態(tài);(2)受物料止息角的影響,物料具有一定的滑移性,物料在螺旋中運(yùn)動(dòng)時(shí)隨著螺旋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),物料向前滑移,這也影響了物料填充系數(shù)不能達(dá)到理想的填充系數(shù)為1的狀態(tài);(3)螺旋筒內(nèi)的結(jié)構(gòu)件如中間軸、葉片等,也影響填充系數(shù)。
定量螺旋的輸送能力可通過(guò)調(diào)整螺旋轉(zhuǎn)速來(lái)改變,即通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)滿足生產(chǎn)量的變化要求。
3送料過(guò)程中的脈動(dòng)現(xiàn)象
3.1脈動(dòng)現(xiàn)象分析
研究發(fā)現(xiàn),螺旋機(jī)構(gòu)送料過(guò)程中,在一個(gè)螺距的送料過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生物料流量的不均勻現(xiàn)象,我們稱為螺旋送料的“脈動(dòng)現(xiàn)象”,分析其產(chǎn)生原因,主要是受螺旋終止端面的影響。由于在卸料口,螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到不同的位置時(shí),螺旋與料筒形成的存料空間不同,并且當(dāng)螺旋的端面運(yùn)動(dòng)到不同的位置時(shí),物料受阻擋的情況不同,因此產(chǎn)生了落料的差異。
通過(guò)螺旋輸送某一物料的試驗(yàn),分析螺旋輸送
的“脈動(dòng)現(xiàn)象”。其方法是螺旋每轉(zhuǎn)動(dòng)30°角,測(cè)量出流出的物料流量,順序做出0°～30°,30°～60°,60°～90°,直至整個(gè)圓周的物料流量。再計(jì)算出每個(gè)測(cè)量單元的平均值,繪制了落料的柱狀圖和曲線圖如圖2、圖3所示。

3.2脈動(dòng)現(xiàn)象的影響
脈動(dòng)現(xiàn)象將影響給料的均勻性,使生產(chǎn)線上的設(shè)備不能均衡生產(chǎn),特別是當(dāng)定量螺旋給料機(jī)尺寸大、能力大,而生產(chǎn)線生產(chǎn)量小的情況,影響更加明顯。另外,如果將定量螺旋給料機(jī)用于配料作業(yè),用于定量包裝機(jī)給料,影響將更大。如果在定量包裝機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)過(guò)程中,定量螺旋給料機(jī)旋轉(zhuǎn)次數(shù)越少,脈動(dòng)影響越大,給料誤差越大。因此,對(duì)于定量包裝機(jī)和自動(dòng)配料機(jī),應(yīng)盡量提高在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的螺旋旋轉(zhuǎn)給料次數(shù)。
3.3脈動(dòng)現(xiàn)象的解決方法
(1)可以將出料口處的螺旋設(shè)計(jì)成雙螺旋,這樣就相當(dāng)于在旋轉(zhuǎn)一個(gè)圓周有兩次送料機(jī)會(huì),使給料次數(shù)增加了一倍。同時(shí)兩個(gè)螺旋送料的峰值和谷值可以互補(bǔ),大大提高了給料的均勻性。

(2)在螺旋卸料出口加一段沒(méi)有螺旋的空筒,使物料可以在螺旋的推力作用下向前移動(dòng),物料從卸料口沿其物料的自然堆積角。但這樣需要增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率,同時(shí)對(duì)某些物料也不適應(yīng)。
4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1料倉(cāng)流型形式的選擇
料倉(cāng)的流型基本上有兩種:整體流型料倉(cāng)(又稱全流倉(cāng))和中心流型料倉(cāng)(又稱漏斗型料倉(cāng)或核流倉(cāng))。在整體流料倉(cāng)中,卸料時(shí)所有物料均勻向卸料口流動(dòng),不存在流動(dòng)“死區(qū)”,料位均勻下降,卸料流動(dòng)穩(wěn)定均勻,不會(huì)出現(xiàn)管流、噴瀉等不穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài),適用于對(duì)物料流動(dòng)要求穩(wěn)定的場(chǎng)合。而在中心流料倉(cāng)中,卸料時(shí)只有中心部位的物料向卸料口流動(dòng),在該“流動(dòng)區(qū)”以外的部分為流動(dòng)“死區(qū)”。由于“鼠洞”和粘性拱的形成與崩塌,使卸料流動(dòng)不穩(wěn)定,甚至?xí)霈F(xiàn)噴瀉的情況。
因此整體流型料倉(cāng)是料倉(cāng)設(shè)計(jì)的首選類型。對(duì)于定量螺旋,選擇的料斗為方形的整體流型料倉(cāng)。
4.2定量螺旋給料機(jī)進(jìn)口幾何尺寸設(shè)計(jì)
設(shè)置料倉(cāng)的目的是為了盡可能保證螺旋內(nèi)充滿物料,保證螺旋給料機(jī)輸送過(guò)程中物料的填充系數(shù)基本恒定。為實(shí)現(xiàn)這一目的,需要兩個(gè)條件:一是料倉(cāng)開口寬度L應(yīng)當(dāng)大于一個(gè)螺距,如圖5所示,圖中的L必須大于一個(gè)螺距;二是料倉(cāng)進(jìn)入螺旋的進(jìn)口與料筒相交處圓周切線與水平面的夾角θ應(yīng)大于或等于物料的逆息角θ,以此保證進(jìn)料口處螺旋的徑向可以充滿物料。一般將進(jìn)料口的寬度等于料筒直徑。

為保證料倉(cāng)內(nèi)充滿物料,一般在料倉(cāng)內(nèi)安裝上下兩個(gè)料位傳感器,料倉(cāng)內(nèi)的物料處于低位傳感器時(shí),上級(jí)供料系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn),向料倉(cāng)內(nèi)供料;當(dāng)料倉(cāng)內(nèi)物料達(dá)到高位傳感器時(shí),上級(jí)供料裝置停止供料。這樣既不會(huì)由于料倉(cāng)內(nèi)物料不足產(chǎn)生的填充系數(shù)變化,也不會(huì)使物料由于受壓過(guò)大而產(chǎn)生物料容積的變化,保證下料的均勻和穩(wěn)定。
4.3定量螺旋給料機(jī)出料口的位置關(guān)系
假如在料筒內(nèi)沒(méi)有安裝螺旋時(shí),物料按其自然堆積角由進(jìn)料口流向卸料口,要保證物料不會(huì)由卸料口流出,需要進(jìn)料口到卸料口的料筒具有一個(gè)最小距離C,這個(gè)最小距離由料筒的直徑和物料的安息角來(lái)決定。即角A小于物料安息角p(A 由tgA=D/C,C=D/tgA
所以,當(dāng)C>D/tgp時(shí),可以保證物料不會(huì)由卸料口自然的流出。
5結(jié)論
1)通過(guò)試驗(yàn)證明了螺旋輸送過(guò)程中脈動(dòng)現(xiàn)象的存在,進(jìn)行了初步分析研究,通過(guò)在卸料口加雙螺旋能大大降低脈動(dòng)現(xiàn)象。提出了解決脈動(dòng)現(xiàn)象的方法,并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。
2)對(duì)定量螺旋輸送機(jī)的進(jìn)出料口的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸的相互關(guān)系進(jìn)行了初步分析,給出了相關(guān)條件。

3)螺旋輸送過(guò)程中脈動(dòng)現(xiàn)象的解決,可以應(yīng)用到流動(dòng)性較差的粉狀和顆粒狀物料的給料,可以應(yīng)用到多品種鹽的精確配料和濕鹽的自動(dòng)定量包裝,可以推廣到其它定量包裝及配料行業(yè)。
 

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