粉体自动加料系统的结构设计

粉体自动加料系统的结构设计摘要本文针对粉体在包装过程中出现的偏析和架桥等问题,根据其物理特性和加料工况要求,通过理论分析,计算和结构设计,在现有的设备中进行改进,设计出一种满足使用要求的加料系统。这种系统主要包括料仓及料斗组件和螺旋输送器,振动料斗的使用使偏析和架桥问题得到解决;螺旋输送器提高了加料精度。关键词粉体;加料;偏析;架桥0引言工程上将在常态下尺寸比较小,以粉体形式存在的固态颗粒统称为粉体物料,简称粉体。粉体由于颗粒很小、形状很不规则、堆密度和紧实密度差异比较大,造成其内摩擦系数较大、锥角和吸附力较小,使加料过程变得相对困难[1]。偏析和架桥是粉体处理过程中通常都会遇到的两个问题,是由于粉体流动不畅造成的。粉体粒度分布不均匀致使流动时出现偏析,从而导致粒度大的粒子分散于边缘并浮于表层。自由卸料时,小粒子顺利排出而大粒子之间由于相互支撑,形成球表面一一架桥。粉体阻塞料斗排出口,导致物料无法正常排出,使粉体的运输和包装产生很大的困难[2]。本设计以聚丙烯酰胺为例。聚丙烯酰胺简称PAM,广泛用于水处理及电力、采矿、选煤、石棉制品、石油化工、造纸、纺织、制糖、医药、环保等领域。1总体方案设计所设计的加料系统由2部分组成:1)料仓及料斗组件,用于完成储料、垂直落料和定量计量控制功能;2)螺旋填充器,用于水平输送。该加料系统是为包装机进行定量加料而设计。2料斗组件的设计料斗组件由料斗体、活化锥、激振器等组成。料斗的落料方式有自然落料,搅动落料,吹气落料,振动落料等方式。自然落料适用于流动性好,不容易产生起拱架桥的物料。而搅动与吹气方式又因为与物料或者空气直接接触,对于密闭空间加料,结构要求很复杂,而且容易产生静电,仅仅适用于开放式落料和不会产生飞扬的物料。所以本设计选择振动落料。2.1料斗体的设计料斗体为倒置的截圆锥壳形钢结构。相关资料表明,用料斗处理粉体物料的生产率与排料口直径的关系可用M≈d2.5来表示。我们并未证实此式可否用于振动给料,但是排料的快慢与排料口直径有着重要的关系。料斗的主要参数有进料口直径D、排料口直径d、料斗倾斜角。(1)根据以往的经验设计,本设计取进料口直径D=500mm,排料口直径d=150mm。(2)料斗体斜度α。料斗体斜度α的选择与聚丙烯酰胺和料斗材料的摩擦系数有关。摩擦系数越大,斗体坡角也越大。出料口直径确定后,斗体倾斜度越大,料斗高度也越大,在设计时要考虑空间位置的安排。对于粘性大的物料,通常选择α=60°。2.2活化锥活化锥是一个正圆锥形钢结构,刚性支撑在振动底斗上,与底斗保持一定的环形间隙。作用是通过物料与其相对运动,产生破拱的效果。它是振动料斗的重要组成部分。活化锥主要的参数有底角β、直径d’和足隙d’[3]。活化锥的底角β底角越大,对物料的水平振动作用越大。对黏性大的物料活化锥底角选为45°。活化锥直径d’决定着锥体周边与料斗体间形成的环形面积的大小。起拱趋势大的物料,活化锥直径应取大值。本设计中振动料斗还起截流的作用,所以停振后聚丙烯酰胺在环形缝隙之间结拱,使聚丙烯酰胺不能在惯性力的作用下继续流动。一般活化锥直径按料斗斗体直径大小选取,,本设计取d’=200mm。活化锥足隙是指活化锥周边对料斗体母线的垂直距离,其大小应满足加料流量的要求。活化锥足隙越大,给料流量越大。一般情况下,若要求料斗起闸门作用时,在料斗停止振动时,物料起拱而不再流动。一般活化锥足隙,这里取h’=75mm。2.3料斗振动形式的选择根据料斗运动形式的不同,可分为直线型、涡旋型、平旋型3种振动形式[4]。由于平旋型破拱作用比直线型振动强,并且结构比涡旋型简单,应用最为普遍,所以此设计中我们选择平旋型振动形式。2.4辅助装置的设计用人造革、帆布或者橡胶制成波形管,联接并且密封料仓与振动给料斗之间的间隙,使振动给料斗既不影响振动,又不致使物料外溢、灰尘飞扬以及有害气体逸散。3螺旋填充器的设计螺旋加料装置密闭性好、使用外力驱动加料、加料速度快,技术非常成熟、结构简单且价格低廉,能进行准确的速度与位置控制。螺旋加料器是一种常用的粉体处理设备,从螺旋输送机演变而来,采用管状料槽能实现比输送机更大的充填率,可用于处理多种类型的粉体[5]。3.1螺旋输送器结构尺寸的设计1)螺旋直径D的确定[6]螺旋片固定在螺旋轴上面,用轴承支撑,作旋转运动。根据以往设计,螺旋轴为直径30~35mm,长为1.5~2m的A4钢管或圆钢制成[7]。螺旋直径的设计方法如下:假设计量包装秤的设计生产率为每分钟20袋,每袋25kg,则螺旋输送器所要达到的输送能力应为:一个节距内螺旋轴的体积为(2)一个节距内螺旋轴所能输送粉体的最大重量为:螺旋轴每秒的转速为n(r/s),则每秒内螺旋输送器所能输送粉体的重量为:于是,根据生产效率计算的螺旋输送能力Q应和由螺旋几何尺寸所确定的输送能力相等,即:式中:k为螺旋输送器的充填系数,对于封闭式螺旋输送器来说取0.45~0.55较为合适;Q为螺旋输送器输送能力,kg/s;为聚丙烯酰胺的容重,kg/mm3;n为螺旋轴转速,r/s;d为螺旋轴的直径,mm。2)螺旋节距的确定[8]螺旋片是螺旋输送器的主要部分,材料为3~6mm厚的钢带或钢板。螺旋片分为满面式,带式,月牙式,锯齿式。螺旋输送器要求连续均匀的供料,满面式主要用来输送干燥的粒状,粉状及有粘附性的物料。所以本设计中我们采用满面式螺旋片。螺距t=0.8D。3)旋转轴转速的确定[9]螺旋轴的转速应在满足实际生产效率的前提下尽可能的降低,因为螺旋轴转速过高时,螺旋叶片切线速度过高,进料口的聚丙烯酰胺因叶片的高速抛掷使螺旋输送器内容纳的聚丙烯酰胺减少而影响实际进料速度。经实验对比,若电机的标定转速为1500r/min,经过1∶3减速后,螺旋输送器的进料效果较好。3.2动力的设计[10]动力设计的主要内容是确定螺旋轴的输入功率。功率N0按下式计算:式中:K1为输送物的阻力系数,与物料性质有关;L为输送机的长度;H为倾斜安置高度。所需电机功率为:式中:为传动装置总效率(查机械设计手册);当时,K2=1.4;当时,K2=1.3;当时,K2=1.24结论本文介绍了粉体的基本性质,粉体特性及其对加料装置加料性能的影响是设计粉体处理装置的基础。针对粉体的基本性质,本文在现有设备的基础上,采用振动料斗和螺旋输送器,很好的解决了包装过程中极易出现的架桥和偏析等问题。参考文献[1]陆厚根.粉体技术导论[M].上海同济大学出版社,1998.[2]陶珍东.郑少华粉体工程与设备[M].北京化学工业出版社,2003.[3]易传云,熊烽,杜润生.轻质微细物料自动加料装置的设计[J].起重运输机械,2002.[4]张竞寰.振动给料斗[M].北京:水利电力出版社,1989.[5]张西良.粉粒物料快速高精度自动定量充填机,2003.[6]谭生禄,冶廷虎.原盐计量包装秤中螺旋输送器的设计计算[J].盐业与化工,2007.[7]机械工程手册(第十二卷)[M].机械工业出版社出版,1982.[8]徐灏.机械设计手册(第一卷)[M].机械工业出版社,1991.[9]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].高等教育出版社出版,1982.[10]胡勇克,戴莉莉,皮亚南.螺旋输送器的原理与设计[J].南昌大学学报,2000.