1前言
定量螺旋給料機是螺旋輸送機的一種特殊形式,自20世紀90年代引入我國粉洗精製鹽生產係統,用此來控製生產線的生產能力,保證生產線的均衡生產,使生產線中的生產設備工作在合理狀態,收到了很好的效果。此後,國內的所有粉洗精製鹽生產線均采用了該項技術。定量螺旋給料機以其結構簡單緊湊、工作可靠、工作環境密閉等特點,受到製鹽行業的重視,並可能廣泛應用於糧食、建材、化工、冶金等其它行業中。它是傳統給料機如圓盤給料機、慣性振動給料機、轉輪給料機的一種補充,特別適合於流動性較差的粉狀和顆粒狀物料的輸送。定量螺旋給料機主要應用於三個方麵:(1)安裝於生產線前,用此來控製生產節拍,使生產線送料均勻,保證生產線均衡生產,避免生產線出現過負荷現象;(2)用於配料過程中,特別是多種原料的自動配料作業;(3)用於流動性差的粉狀物料的定量包裝機,需要定量螺旋給料機強製給料。
2定量螺旋給料工作原理
由於定量螺旋給料機是螺旋輸送機的一種特殊形式,顯然它的輸送能力與一般的螺旋輸送機是相同的,其生產能力如下式所示:
Q=15π(D2-d2)SnφρC    (1)
式中:Q——螺旋給料機的生產能力,t/h;D——螺旋葉片直徑,m;d——轉動軸直徑,m;S——螺距,m;n——螺旋軸的轉速,r/min;φ——物料的填充係數;ρ——物料的堆積密度,t/m3;
C——給料機傾角係數。
當某一個螺旋輸送機設計完成後,上述參數中螺旋葉片直徑D、轉動軸直徑d、螺距S、螺旋軸的轉速n、物料的堆積密度ρ、傾角係數C均為定值,而這些參數隻和給料機的結構和物料有關。隻有填充係數φ無法保證為恒定值,若使填充係數為一固定值,就變成了定量螺旋給料機了。因此定量螺旋給料機設計的關鍵是保證填充係數φ為恒定值,設計螺旋給料機以此為理論根據。其結構和組成如圖1所示。

物料通過輸送設備輸送至定量螺旋給料機上方的料倉中(在進料口上方),為保證螺旋始終充滿物料,需要料倉中的物料保持足夠的容量。電機的動力通過傳送機構帶動螺旋送料器旋轉,料筒內的物料在螺旋葉片的推動下,沿料筒向前做軸向運移,最後從卸料口流出。由於物料本身重力及其對料筒的摩擦力的作用,物料不隨螺旋一起旋轉,其工作情況類似於不能旋轉的螺母沿螺杆作直線運動一樣。實際上,在輸送過程中物料顆粒的運動由於受旋轉螺旋推杆的影響,並非是單純的直線運動,而是隨著螺杆的轉動形成一個空間運動。
一般認為當螺旋完全充滿物料時,物料填充係數應該達到1,但經過實踐證明無法達到,其原因是:(1)由於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並壓實,葉片後端的物料由於物料的減少形成空隙,螺旋處於不能充滿狀態;(2)受物料止息角的影響,物料具有一定的滑移性,物料在螺旋中運動時隨著螺旋的旋轉運動,物料向前滑移,這也影響了物料填充係數不能達到理想的填充係數為1的狀態;(3)螺旋筒內的結構件如中間軸、葉片等,也影響填充係數。
定量螺旋的輸送能力可通過調整螺旋轉速來改變,即通過調整電機轉速來滿足生產量的變化要求。
3送料過程中的脈動現象
3.1脈動現象分析
研究發現,螺旋機構送料過程中,在一個螺距的送料過程中,會產生物料K8凯发登录入口的不均勻現象,我們稱為螺旋送料的“脈動現象”,分析其產生原因,主要是受螺旋終止端麵的影響。由於在卸料口,螺旋葉片轉動到不同的位置時,螺旋與料筒形成的存料空間不同,並且當螺旋的端麵運動到不同的位置時,物料受阻擋的情況不同,因此產生了落料的差異。
通過螺旋輸送某一物料的試驗,分析螺旋輸送
的“脈動現象”。其方法是螺旋每轉動30°角,測量出流出的物料K8凯发登录入口,順序做出0°～30°,30°～60°,60°～90°,直至整個圓周的物料K8凯发登录入口。再計算出每個測量單元的平均值,繪製了落料的柱狀圖和曲線圖如圖2、圖3所示。

3.2脈動現象的影響
脈動現象將影響給料的均勻性,使生產線上的設備不能均衡生產,特別是當定量螺旋給料機尺寸大、能力大,而生產線生產量小的情況,影響更加明顯。另外,如果將定量螺旋給料機用於配料作業,用於定量包裝機給料,影響將更大。如果在定量包裝機的一個工作循環過程中,定量螺旋給料機旋轉次數越少,脈動影響越大,給料誤差越大。因此,對於定量包裝機和自動配料機,應盡量提高在一個工作循環內的螺旋旋轉給料次數。
3.3脈動現象的解決方法
(1)可以將出料口處的螺旋設計成雙螺旋,這樣就相當於在旋轉一個圓周有兩次送料機會,使給料次數增加了一倍。同時兩個螺旋送料的峰值和穀值可以互補,大大提高了給料的均勻性。

(2)在螺旋卸料出口加一段沒有螺旋的空筒,使物料可以在螺旋的推力作用下向前移動,物料從卸料口沿其物料的自然堆積角。但這樣需要增加驅動電機的功率,同時對某些物料也不適應。
4結構設計
4.1料倉流型形式的選擇
料倉的流型基本上有兩種:整體流型料倉(又稱全流倉)和中心流型料倉(又稱漏鬥型料倉或核流倉)。在整體流料倉中,卸料時所有物料均勻向卸料口流動,不存在流動“死區”,料位均勻下降,卸料流動穩定均勻,不會出現管流、噴瀉等不穩定流動狀態,適用於對物料流動要求穩定的場合。而在中心流料倉中,卸料時隻有中心部位的物料向卸料口流動,在該“流動區”以外的部分為流動“死區”。由於“鼠洞”和粘性拱的形成與崩塌,使卸料流動不穩定,甚至會出現噴瀉的情況。
因此整體流型料倉是料倉設計的首選類型。對於定量螺旋,選擇的料鬥為方形的整體流型料倉。
4.2定量螺旋給料機進口幾何尺寸設計
設置料倉的目的是為了盡可能保證螺旋內充滿物料,保證螺旋給料機輸送過程中物料的填充係數基本恒定。為實現這一目的,需要兩個條件:一是料倉開口寬度L應當大於一個螺距,如圖5所示,圖中的L必須大於一個螺距;二是料倉進入螺旋的進口與料筒相交處圓周切線與水平麵的夾角θ應大於或等於物料的逆息角θ,以此保證進料口處螺旋的徑向可以充滿物料。一般將進料口的寬度等於料筒直徑。

為保證料倉內充滿物料,一般在料倉內安裝上下兩個料位傳感器,料倉內的物料處於低位傳感器時,上級供料係統運轉,向料倉內供料;當料倉內物料達到高位傳感器時,上級供料裝置停止供料。這樣既不會由於料倉內物料不足產生的填充係數變化,也不會使物料由於受壓過大而產生物料容積的變化,保證下料的均勻和穩定。
4.3定量螺旋給料機出料口的位置關係
假如在料筒內沒有安裝螺旋時,物料按其自然堆積角由進料口流向卸料口,要保證物料不會由卸料口流出,需要進料口到卸料口的料筒具有一個最小距離C,這個最小距離由料筒的直徑和物料的安息角來決定。即角A小於物料安息角p(A 由tgA=D/C,C=D/tgA
所以,當C>D/tgp時,可以保證物料不會由卸料口自然的流出。
5結論
1)通過試驗證明了螺旋輸送過程中脈動現象的存在,進行了初步分析研究,通過在卸料口加雙螺旋能大大降低脈動現象。提出了解決脈動現象的方法,並經過驗證。
2)對定量螺旋輸送機的進出料口的結構和幾何尺寸的相互關係進行了初步分析,給出了相關條件。

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

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