解決土壤調理劑包裝時料斗的粘料問題

李瑞垞

（茂名廣播電視大學，廣東 茂名 5 25000）

解決土壤調理劑包裝時料斗的粘料問題

李瑞垞

（茂名廣播電視大學，廣東 茂名 5 25000）

土壤調理劑是選用多種天然礦物質原料加工而成，既是酸性土壤改良劑，又是一種新型的鈣、鎂、硅中量元素肥料。土壤調理劑產品的水份達到10%，其表現出來的特性是粘性，很容易附著在包裝機械的接觸面，造成包裝設備料斗不能落料、崩料和稱量不準確等故障。以土壤調理劑包裝機料斗中與土壤調理劑接觸的材料作為研究對象，通過合理選用料斗的形狀與內壁板角度和通過實驗比較Q235A碳素結構鋼、316不銹鋼和聚四氟乙烯板這三種材料的粘料情況進行比較，得到聚四氟乙烯面板的方形料斗在內壁板角度為48°時可以有效地解決粘料和落料不暢的現象，為生產企業的正常生產提供了有力的保障。

土壤調理劑；包裝機；料斗；聚四氟乙烯板

土壤調理劑是指加入障礙土壤中以改善土壤物理、化學或生物性狀的物料。土壤調理劑一般呈弱堿性，在調節土壤酸堿度、補充土壤中所缺少的鈣、鎂、硫、硅等多種中微量對作物生長有益元素的同時，還可以有效減少污染土壤中的 Zn、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg、As等有害重金屬對作物的危害，提高土壤微生物群體的生物活性，促進土壤有機質的分解和養分釋放，疏松板結土壤，提高農作物的產量和農產品品質，是一種具有很強地域性的土壤改性調理劑。土壤調理劑產品的水份達到10%，其表現出來的特性是粘性，很容易附著在包裝機械的接觸面，造成包裝設備料斗不能落料、崩料和稱量不準確等故障。本文以土壤調理劑包裝機料斗中與土壤調理劑接觸的材料作為研究對象，通過合理選用料斗的形狀與內壁板角度和通過實驗比較Q235A碳素結構鋼、316不銹鋼和聚四氟乙烯板這三種材料的粘料情況進行比較，希望找到土壤調理劑包裝機料斗的合理形狀、角度和材料，以有效地解決粘料和落料不暢的現象，為生產企業的正常生產提供有力的保障。

1 選用料斗的形狀與內壁板角度

料斗是土壤調理劑自動計量包裝機中的重要裝置，其起到接受上級供料系統的給料，存儲物料，均化物料，緊急情況下物料暫時存放的作用，以保證下一給料系統的正常工作。料斗工作的穩定性對整個生產流程的工作效率影響很大。料斗設計不當會造成料差距內土壤調理劑在壓力及物料間凝聚力等的共同作用下而使出料口打拱、堵料和崩料，造成物料的出料不暢和稱量不準確。料斗內土壤調理劑的流暢落料跟物料性能和料斗的結構設計等密切相關。下面從土壤調理劑的落料方式、料斗的形狀、料斗內壁板角度三方面來進行分析。

（1）土壤調理劑的落料方式的選擇

儲存于料斗的土壤調理劑在重力作用下下落到秤斗時，其落料方式有整體出料和中心出料兩種，其中整體出料方式是指料斗內整個物料層能較均勻地沒死角的方式落料，先進入料斗的物料會先流出，在料斗中的物料會重新混合，使物料更加均勻，且物料的流出較為平穩有序和流暢，料位下降均勻。而中心出料方式則是指料斗內的物料下落流動呈現流砂形，物料主要從中心處下落，下落順序雜亂無序，存在物料滯留的死區，這樣就可能會造成先加入的物料最后才流出或根本不流出，長期儲存于料斗的死區內，物料不會在料斗中重新混合，料位下降不均。中心落料方式料斗中會使物料打拱而形成空洞，而空洞的形成會使物料在重力作用下突然崩塌或形成噴灣，使卸料流動不穩定，這樣就會造成對稱斗的沖擊而就成稱量的不準確。所以在設計料倉時，希望物料是下落呈整體流狀態。

（2）料斗形狀的選擇

料斗的形狀一般有圓形和方形兩種，如圖1所示。當用相同長和寬的材料制作料斗時，若料斗深度h相等時，圓形料斗的容積較方形料斗的容積大，且圓形料斗的強度也較高，是較理想的料斗形狀，但圓形料斗制作較為困難，其入口部分是圓形，在包裝機的也較難安裝，所以一般較少被使用。而方形料斗的入口是矩形，矩形的四條邊可以設計為不相等，較靈活地在包裝機上進行安裝，所以方形料斗使用較多，在以下對料斗的的角度進行分析時是以矩形料斗為例的[1]。

圖1 料斗的形狀

（3）料斗內壁傾角的選擇

料斗既有儲存物料的作用，當其下方的閥門打開時又要使物料能均勻穩定下落，要滿足這兩個要求，則料斗內壁傾角的傾角要滿足一定的要求，料斗內壁傾角是指料斗內壁板母線與水平面之間的夾角，如圖2所示之角α、β都是料斗內壁傾角。在位于料斗下方的閥門落料口尺寸一定時，若料斗內壁板傾角過大，料斗容積會變小，料斗的容積太少不利于物料的儲存，影響生產的正常進行；若要保持料斗容積不變，就要增加料斗的高度，料斗高度的增加又會使包裝機整體高度的增加，從烘干機將物料送到料斗的輸送帶則要加長或增大傾角，這樣整套生產設備的占用面積和廠房的高度都要增加，增大了企業建設的投入。若料斗內壁板傾角太小，會出現物料在料斗內積存或出現物料打拱等落料不暢的現象。而物料下落不暢從物理學上分析主要是物料的顆粒與顆粒間存在間隙，相鄰的物料顆粒就相互嵌入，相互嵌入就使物料間產生一定的作力與反作用力，且相互接觸的物料間也會產生靜摩擦力，這就會使物料形成一個松散的整體，這一松散的整體在一定角度內就會保持力的平衡狀態而不會下落，這一使物料保持平衡狀態的角度就是物料的自然休止角[2]。在料斗的物料要想能順利向下落料，就要打破這種力的平衡狀態，而要打破這各平衡狀態就要使料斗內壁傾角就大于料斗內壁傾角。根據試驗，土壤調理劑的自然休止角約為45°，選用料斗側壁內角為48°，這樣就能保證物料能順利下落，如圖2所示，α、β兩料斗內壁傾角都必須大于土壤調理劑的自然休止角。

圖2 料斗側壁內角

2 料斗材料的合理選擇

由于土壤調理劑是有一定的腐蝕性和粘性，在料斗的落料就顯得較為困難，經常會出現物料打拱、粘料和崩料等情況。為了物料在料斗中能順利落料，使自動定量包裝機能夠正常生產和提高生產效率，選用Q235A碳素結構鋼、316不銹鋼和聚四氟乙烯板這三種材料來進行分析比較，希望找到較較為合適的材料來制作料斗。下面對這三種材料的性能進行分析。

（1）碳素結構鋼。其價格便宜，產量大。其中應用最為廣泛的是Q235A#鋼，其具有較高的強度，良好的塑性，韌性及可焊性，綜合性能好，加工容易，制作料斗人工成本較低。其與土壤肥的摩擦系數為0.5～0.6，粘附性較強，土壤調理劑與碳素結構鋼接觸滑過時粘料較多。

（2）316不銹鋼。其耐蝕性、耐磨性、耐大氣腐蝕性和高溫強度特別好，加工硬化性優，對堿溶液及大部分有機酸和無機酸亦具有良好的耐腐蝕能力，適合用于制作肥料生產設備。不銹鋼與土壤肥的摩擦系數為0.4～0.5，粘附性能較好，土壤調理劑與不銹鋼接觸滑過時粘料較少。不銹鋼價格較貴，加工容易，外觀較好。

（3）聚四氟乙烯。是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，具有優良的使用性能：一是化學穩定性、耐腐蝕性好，是當今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一；二是具有塑料中最佳的老化壽命；三是高潤滑，由于氟-碳鏈分子間作用力極低，具有所有固體材料中最小的摩擦系數，摩擦系數只有0.04，比冰還要光滑；四是良好的不粘性，具有很小的表面張力而不粘附任何物質，包括水分子或粘稠的液體，是制造不粘容器的良好材料。土壤調理劑下落滑過鑲嵌有聚四氟乙烯板料斗時粘料極少，十分適合用來制作土壤調理劑自動定量包裝機料斗。但是其材料硬度較差，不能焊接，需要鑲嵌在鋼板上才能使用，鑲嵌一般采用螺釘固定，聚四氟乙烯板價格較貴，料斗加工較為困難。

從上面的分析可知，三種材料中聚四氟乙烯板具有優良的耐腐蝕和抗粘性能，是三種材料中最為合適制作料斗的材料。為了更進一步驗證聚四氟乙烯板適合用來制作料斗，做了一個這三種制作料斗的材料的粘料情況試驗，試驗如下。

（1）試驗目的

通過測定Q235A碳素結構鋼、316不銹鋼和聚四氟乙烯板三種材料的對土壤調理劑的粘料情況，找到一種較為適合作為料斗的材料。由于聚四氟乙烯板質地較軟，強度不高，且相互間連接困難，因此將四氟乙烯板鑲嵌固定于厚度為δ3的Q235A鋼板上來測量其粘料情況。

（2）主要試驗材料及設備

電子天秤、量瓶、烘箱、質量含水率儀、攪拌鋼棒、漏斗或料勺、水、噴水壺、土壤調理劑若干，可調節角度支架，厚度為δ3且大小為300 mm×400 mm的Q235A板一塊，厚度為δ3大小為300 mm×400 mm的316不銹鋼一塊，厚度為δ2大小為300 mm×400 mm并鑲嵌固定于厚度為δ3的Q235A鋼板的聚四氟乙烯板一塊。試驗設備如圖3所示。

圖3 物料粘性試驗裝置

（3）試驗準備

1）設備：將量瓶用布擦干、電子天平調校準確。

2）土壤調理劑：用電子天秤稱量約5 kg的土壤調理劑，在溫度為105℃±5℃的烘箱內烘干至恒量，冷卻至室溫，用電子天秤稱量出4 kg的土壤調理劑，之后倒入托盤中。用量瓶量取400 ml的水裝入噴水壺，用噴水壺將水均勻地噴灑到土壤調理劑表面，將物料均勻拌勻，密封靜置1 h，用質量含水率儀檢測物料質量含水率，保證物料質量含水率在10%左右；用電子天秤稱量三袋各1 kg的物料三個密封袋內備用。

（4）試驗步驟

1）將厚度 δ3且大小為300 mm×400 mm的Q235A板安裝在可調節角度支架上，并將支架角度調整為48°.將準備好的一包質量含水率為10%、重量為1 kg（設為m1）的土壤調理劑倒進可調節角度支架上方的漏斗上，打開漏斗開關，使土壤調理劑從漏斗沿著Q325鋼板落到支架下方的托盤。收集下落到托盤里的土壤調理劑，并用電子天平稱量這部分土壤調理劑的重量m2，計算出粘料質量m3，并做好記錄，拆下鋼板。

2）不改變支架角度，將厚度為δ3大小為300 mm×400 mm的316不銹鋼板安裝在可調節角度支架上，將原來準備好的第二包質量含水率為10%、重量為1 kg（設為m1）的土壤調理劑倒進可調節角度支架上方的漏斗上，打開漏斗開關，使土壤調理劑從漏斗沿著316不銹鋼板落到支架下方的托盤。收集下落到托盤里的土壤調理劑，并用電子天平稱量這部分土壤調理劑的重量m2，計算出粘料質量m3，并做好記錄，拆下316不銹鋼板。

3）不改變支架角度，將厚度為δ2且大小為300 mm×400 mm并鑲嵌固定于厚度為δ3的Q235A鋼板的聚四氟乙烯板安裝在可調節角度支架上，將第三包原來已準備好的一袋質量含水率為10%、重量為1 kg（設為m1）的土壤調理劑倒進可調節角度支架上方的漏斗上，打開漏斗開關，使土壤調理劑從漏斗沿著316不銹鋼板落到支架下方的托盤。收集下落到托盤里的土壤調理劑，并用電子天平稱量這部分土壤調理劑的重量m2，計算出粘料質量m3，并做好記錄。

通過實驗，設粘料重量為m3，Q235A碳素結構鋼、316不銹鋼和聚四氟乙烯板三種材料的對土壤調理劑的粘料情況如表1所示，粘料情況如圖4所示。

表1 Q235A鋼板、316不銹鋼和聚四氟乙烯板三種材料的粘料情況

圖4 三種材料的粘料情況

從上面的實驗數據可以看出，對于質量含水率為10%的土壤調理劑，Q235A鋼板的粘料百分率為15%，316不銹鋼板的粘料率為10%，聚四氟乙烯板的粘料率為0.1%，可見聚四氟乙烯板對土壤調理劑幾乎不粘料，所以選擇厚度δ2大小為 300 mm×400 mm并鑲嵌固定于厚度為δ 3的Q235A鋼板的聚四氟乙烯板作為制作料斗的材料。

3 結論

為了解決土壤調理劑在料斗中的粘料問題，選擇了對料斗側壁內角為48°這一合理角度，并從實驗數據上分析選擇了厚度為δ2并鑲嵌固定于厚度為δ3的Q235A鋼板的聚四氟乙烯板作為料斗材料，這樣有效地解決了土壤調理劑在包裝過程中出現的粘料和落料不暢問題，為生產企業的正常生產提供了有力的保障。

[1]張殊慧，謝國強，韓曉日，等.炭化稻殼復合土壤調理劑改善土壤環境提高山藥產量[J].農業工程學報，2016，32（15）：150-156.

[2]劉守謙.現代包裝機械的創新設計[J].輕工機械，2007，25（1）：6-8.

Discussion on How to Solve the Problem of Hopper Material in Soil Conditioner Packaging

LI Rui-cha
（Maoming Radio and TV University，Maoming Guangdong 525000，China）

Soil conditioner is made from a variety of natural mineral raw materials.It is not only an acid soil amendment，but also a new type of calcium，magnesium and silicon fertilizer.The moisture content of the soil conditioner products reaches 10%，the characteristics of which are sticky and easy to adhere to the contact surfaces of the packaging machinery，resulting in failures of the packaging equipment，hoppers，material failure，weighing and inaccurate weighing.In this paper，the hopper soil conditioner packaging machine in contact with soil amendment materials as the research object，through comparing sticky material shape and wall plate angle and the reasonable selection of the hopper through the experimental comparison of Q235A carbon steel，316 stainless steel and teflon plates of the three materials，get a square hopper PTFE panel in the wall angle of 48 degrees can effectively solve the material sticking and blanking poor phenomenon，provides a powerful guarantee for the normal production of enterprises.

soil conditioner；packaging machine；hopper；PTFE plate

S233.1

B

1672-545X（2017）08-0165-03

2017-05-04

李瑞垞（1969-），男，廣東化州人，講師，本科，研究方向：機械工程、數控加工、節能烘干機等。