輕質顆粒物料防架橋進料器的設計

黃燦軍

（廣東水利電力職業技術學院，廣東 廣州 510635）

在食品生產過程中，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、形狀不規則、密度小、休止角大、流動性差，容易在料倉中產生架橋、搭拱現象，從而引起加料不穩定或停止供料等問題，如圖1所示。

由于架橋通常發生在料倉的傾斜側壁上，因此在此處增設如圖1中a向所示的觀察口，平時用透明有機玻璃蓋上，當發生架橋時，取下有機玻璃，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自動化生產的要求。

在實際加工中為了防止物料架橋以及滿足連續性生產的要求，采用了電機帶動螺旋軸防架橋的設計，如圖2所示，但對于某些物料，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器壁掛料的現象。

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過程中通常遇到的兩個問題，是由物料流動不暢造成的。加料是否均勻和連續影響著食品和包裝機械的性能，進一步影響到產品的質量，所以加料的穩定性及均勻性已受到了研究人員的關注。

1 料倉內腔的防架橋裝置

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［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內腔，同時為了增強攪動效果，在料倉上焊有定子，能成功解決物料的架橋和堵塞問題。該裝置由于帶動攪拌軸的電機需安裝在料倉上方，不利于料倉的加料。

1.2 可更換螺帶的防架橋裝置

文獻［4］中介紹了一種可更換螺帶的防架橋裝置，見圖4。電機帶動軸旋轉，通過聯接螺栓進一步帶動料斗內的螺帶旋轉，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的絕大部分空間。針對不同的物料，采用可更換的螺帶，同時螺帶與料倉機殼的間隙還可以通過彈簧上的手輪調節，從而適應不同物料。該裝置有效地避免了架橋現象，可提高生產效率、降低生產成本。但該裝置較復雜，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［5］中介紹了一種彈簧桿防架橋裝置，見圖5。彈簧桿構件由彈簧桿和2組星形支架構成，每組星形支架有6根星形支架桿，每個星形支架桿的末端安裝有一個觸頭。彈簧桿上端固定于貯料筒蓋，下端抵住加料螺桿。加料時彈簧桿下端隨著加料螺桿的旋轉而向前推進，前進到一定距離后，彈簧桿的下端脫離螺桿的螺紋，彈簧桿又回彈到起始位置，在加料螺桿的推動下再次向前，形成往復運動。彈簧桿的往復運動，帶動星形支架在貯料筒內攪動物料，防止物料架橋，觸頭往復撞擊貯料筒壁，防止物料掛壁。但該裝置中的彈簧桿構件一旦產生變形，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 水平往復運動防架橋裝置

鑒于物料的架橋通常發生在料倉的傾斜側壁靠近出料口處，因此在此處增設能夠擾動物料的防架橋裝置，如圖6所示即為一種水平往復運動的防架橋裝置。電機帶動凸輪旋轉，在彈簧的共同作用下，使導料桿組件作水平往復運動，擾動靠近料倉出料口的物料，防止物料架橋。該裝置在實際使用中存在作用范圍小，噪音大，以及導料桿組件的軸與料斗的縫隙處容易漏料等缺點。

圖6 水平往復運動防架橋裝置示意圖Figure 6 Diagram of horizontal reciprocating motion Anti－Bridging－Type device

2.2 垂直往復運動防架橋裝置

文獻［6］中介紹了一種置于料倉出料口的垂直往復運動防架橋裝置，見圖7。該防架橋裝置由加料螺桿上凸輪、導料桿件組以及碟形彈簧等構成。凸輪焊接在加料螺桿上，導料桿件在凸輪和碟形彈簧的作用下垂直往復運動攪動物料，使物料松散，防止物料在料倉出料口處架橋。同樣該裝置只能對料倉出料口附近的物料產生作用，如果要解決料倉內的懸料掛壁問題，還需要在料倉外側增加一個激振器，通過振動解決掛壁現象。

圖7 垂直往復運動防架橋機構示意圖Figure 7 Diagram of vertical reciprocating motionAnti－Bridging－Type device

3 一種改進料倉的防架橋機構

上述的防架橋裝置有些結構偏復雜，不便空間布置，有些由于在料倉的上蓋上增加有支撐結構和電機，而導致加料不方便。為了能既簡化結構，又提高防架橋能力，筆者在實踐中采用了改進料倉的結構設計。

傳統的料倉都采用上寬下窄的漏斗狀設計，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，正是由于斜面對物料的支撐才會導致物料發生架橋。為此可在料倉設計中采用一個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構示意圖Figure 8 Diagram of some difformity hopper

采用如圖9所示的長方體料倉能很好地解決物料架橋問題。大料倉是一個長方體形狀，沒有收窄的出料口。在大料倉的底部是一個直徑較大的進料螺桿。由于料倉沒有傾斜面，物料在料倉中沒有受到支撐力，均能自由落到進料螺桿上，被螺桿推出。由于進料螺桿的直徑較大，在進料螺桿的末端物料并不能均勻而是成團下落，為此在進料螺桿的末端再增設一個小料倉。小料倉的出料口處安裝一個旋轉葉輪。通過旋轉葉輪使小料倉中的物料均勻送出。

圖9 長方體料倉防架橋機構示意圖Figure 9 Diagram of cuboid hopper Anti－Bridging－Type device

帶動進料螺桿和旋轉葉輪的電機均由變頻器控制，其轉速可調，因此該進料器的進料量可調。其進料量由進料螺桿控制，而調節旋轉葉輪轉速的作用是配合進料螺桿，使被進料螺桿推出的物料均勻、及時地從小料倉中被帶出，不在小料倉堆積。

通過調節進料螺桿的轉速來控制單位時間的加料量，計算公式：

式中：

Q—— 進料量，kg／min；

n—— 齒輪轉速，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 結論

食品生產過程中進料器的物料架橋、掛壁現象，對食品和包裝機械的機械性能影響很大。為了解決這一問題，傳統的料倉分別采用了置于料倉內部的攪拌軸、螺帶、彈簧桿，以及置于料倉出料口的水平和垂直往返運動防架橋機構等設計，但這些進料器要么結構復雜，要么不利于加料。傳統的料倉設計方法，即上寬下窄的漏斗形料倉，料倉內不可避免地出現傾斜面，而傾斜面對物料的支撐作用是導致物料發生架橋、掛壁現象的根本原因。采用長方體的大、小料倉設計即能很好解決這一問題，使物料在大料倉中沒有支撐點，完全落到大料倉底部的進料螺桿上，被進料螺桿推出大料倉進入小料倉，并被旋轉葉輪均勻帶出小料倉。另外該裝置的設計具有加料、安裝方便等優點，試驗過程中能夠做到加料連續、穩定均勻，滿足試驗要求。

1 江連洲.大豆加工利用現狀及發展趨勢［J］.食品與機械，2000（1）：7～10.

2 武文斌，劉自然.國外面粉加工新設備和新技術的應用［J］.食品與機械，2006（4）：115～118.

3 劉桂華，范增君.膏狀物料加料器的研制［C］／／中國化工學會.第七屆全國干燥會議論文集.山東：山東天力干燥設備有限公司，1999：411～413.

4 鄭賢.單螺桿膨化機中螺桿與機筒的設計研究［J］.安徽農學通報，2010，16（5）：164～165.

5 李進，司慧，李龍，等.防堵式生物質顆粒水平螺旋進料器的設計［J］.湖北農業科學，2012，51（5）：1 883～1 885.

6 魏新利，賀心燕，張軍，等.生物質熱解裝置螺旋加料系統研究［J］.可再生能源，2007，25（6）：17～20.

7 魏文義.同向平行雙螺桿擠出機喂料系統的現狀與發展［J］.工程塑料應用，2003，31（2）：53～55.

8 方玉瑩.粉狀物料供料與計量裝置設計［J］.食品與機械，1997（2）：23～24.