工業(yè)固廢資源化利用均勻給料裝置設(shè)計(jì)

陳 偉

（福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350011）

關(guān)鍵字：工業(yè)固廢；流動(dòng)性差；均勻給料；緩存料斗；給料可控

1 設(shè)計(jì)背景

目前隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)規(guī)模不斷的擴(kuò)張，周邊城市工業(yè)固廢的處理需求量逐步增大。其中，一般工業(yè)固廢（服裝廠、鞋廠邊角料）因熱值大，具有極高的回收價(jià)值，可作為電廠的輔助燃料，進(jìn)行焚燒處理。

然而要對(duì)該類工業(yè)固廢進(jìn)一步資源化利用，必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，工藝上要求破碎后壓塊成型。而對(duì)于壓塊成型工藝，其進(jìn)料的控制要求較高，需保證給料的均勻性；針對(duì)不同含水率的物料，還要實(shí)現(xiàn)進(jìn)料量可調(diào)。

傳統(tǒng)的給料機(jī)，如振動(dòng)篩式給料機(jī)，大多用于流動(dòng)性好的粉末顆粒物料；圓盤式給料機(jī)，一般投送的流動(dòng)性好的粉狀、粒狀或小塊狀不易纏繞的物料。因而，在沒有適用的設(shè)備情況下，全新設(shè)計(jì)針對(duì)流動(dòng)性較差的2D 片狀柔性的物料，處理量為1.5t/h 工業(yè)固廢壓塊生產(chǎn)線配套的，具有緩存料斗，且給料可控，上料均勻的給料裝置。

2 均勻給料裝置結(jié)構(gòu)

如下圖所示，均勻給料裝置主要由頂部的緩存料斗、中間的配料控制室、底部的均料室以及機(jī)架組成（用戶傾斜皮帶輸送機(jī)，根據(jù)后續(xù)設(shè)備布置情況配備）。

緩存料斗配有鏈輪驅(qū)動(dòng)的破拱輥軸，由芯軸、輥軸以及破拱叉臂組成；配料控制室配有類似轉(zhuǎn)龍的配料輥軸，由芯軸、輥體以及八個(gè)折邊轉(zhuǎn)龍葉片組成，該輥軸由渦輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用分體式的設(shè)計(jì)，可方便組裝與拆卸；下部均料室的梳理輥軸，由一體式的，帶有梳理齒片的輥軸組成，亦由渦輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。各分室輥軸結(jié)構(gòu)詳見下圖：

圖a）:破拱輥軸；b）:配料輥軸；c）:梳理輥軸。

3 均勻給料裝置工作過程

經(jīng)過上一道破碎工序處理后的物料，送進(jìn)緩存料倉內(nèi)，由轉(zhuǎn)動(dòng)的破拱軸，不斷的叉起而后下落料至中部的配料室。配料室接受上方的落料，進(jìn)入各個(gè)轉(zhuǎn)龍葉片分割成的腔體內(nèi)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)落入下方的均料室。均料室的梳理輥軸，將上部轉(zhuǎn)龍的物料均勻的擊散在下方輸送皮帶上，實(shí)現(xiàn)均勻給料。

配備的減速電機(jī)，由380V/50Hz 電源驅(qū)動(dòng)，結(jié)合配置的變頻器，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況，通過PLC 程序設(shè)定的頻率，控制破拱輥軸減速電機(jī)正反轉(zhuǎn)的時(shí)間，以及配料室、均料室輥軸轉(zhuǎn)速，來實(shí)現(xiàn)物料輸送的破拱、均勻落料速度的控制。

4 設(shè)計(jì)流程

4.1 設(shè)計(jì)初始參數(shù)：

針對(duì)破碎后的工業(yè)布條固廢，查詢相關(guān)資料得知，該物料特性：

堆密度為ρ=0.3t/m3，物料安息角約為α=55°，尺寸為長(zhǎng)度約3～10cm 的碎片，含水率約8%～15%，生產(chǎn)線規(guī)模1.5t/h，調(diào)速范圍30%～150%。

4.2 緩存料斗及破拱輥軸設(shè)計(jì)

料斗設(shè)計(jì)傾角需大于安息角，取60°（>55°），以增加物料流動(dòng)性。為滿足事故狀態(tài)時(shí)的應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間，緩沖料斗容積需考慮>15min 的額定產(chǎn)量。針對(duì)1.5t/h的處理量，緩沖料斗的容積取值范圍計(jì)算如下：

考慮較適宜的設(shè)備尺寸，選擇設(shè)計(jì)料斗為棱臺(tái)形狀，上下部長(zhǎng)寬以及高度分別為L(zhǎng)2250*B1400，L650*B600，高度取H1400。由此得到緩沖料斗容積V= 2.05m3，料斗棱臺(tái)最小α=62°，該容積量與料斗傾角滿足上訴緩沖時(shí)間以及安息角的要求。

4.3 配料輥軸設(shè)計(jì)

按設(shè)計(jì)要求，配料輥軸最大卸料量：Vmax=1.5×150%÷0.3=7.5m2/h。

旋轉(zhuǎn)芯輥軸使用外徑Φ159 mm 無縫碳鋼管；轉(zhuǎn)龍葉片與配料室內(nèi)壁間隙取物料尺寸長(zhǎng)度較小值30mm，即轉(zhuǎn)龍葉片外徑最大值為Φ520mm，容積系數(shù)取0.9。設(shè)計(jì)輥軸工作長(zhǎng)度為L(zhǎng)=540mm，由此可得配料輥軸每轉(zhuǎn)卸料量為： Vmax=π×（5001 -1592）÷4×540×0.9÷109=0.085 m2。

綜合工況填充系數(shù)取0.2，取輥軸最大轉(zhuǎn)速：

配料室輥軸考慮運(yùn)行中可能卡死情況，側(cè)壁需設(shè)計(jì)手工清理的檢修門。

4.4 均料室輥軸設(shè)計(jì)

均料室輥軸設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速高于配料輥軸，設(shè)計(jì)原理為考慮物料下落時(shí)，均衡的平布于下方落料口的投影區(qū)域內(nèi)。輥軸外徑為Φ400mm，有效長(zhǎng)度同配料輥軸L=560mm；輥面上布置梳理齒片，齒片間距以物料尺寸為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，并考慮下落時(shí)1.3 倍的不均衡系數(shù)，即間距為G=100×1.3=130mm。齒片在輥面上的分布軌跡，按正弦曲線分布。齒片高度取H=80mm。整個(gè)輥軸焊接有24 個(gè)翅片，以保證下落后的物料分布均勻。

4.5 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

緩存料倉的破拱輥軸，為實(shí)現(xiàn)較好的破拱功能，需要頻繁的正反轉(zhuǎn)。輥軸的轉(zhuǎn)速較低（額定轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)20r/min），考慮防止輥軸的工作場(chǎng)合安裝精度要求不高，存在軸向與徑向的沖擊力，設(shè)計(jì)采用擺線針輪型減速電機(jī)鏈條驅(qū)動(dòng)的形式，實(shí)現(xiàn)本功能。擺線針輪減速機(jī)選用4極制動(dòng)功能的防爆電機(jī)，n=1450r/min，減速比i1=23，功率P=2.2kW，需用轉(zhuǎn)矩T=201N.m，；驅(qū)動(dòng)端鏈輪采用12A，Z1=16 齒鏈輪；從動(dòng)端鏈輪采用12A，Z2=48 齒設(shè)計(jì)；結(jié)合擺線針輪的速比，整體減速比i=i1×Z2÷Z1=23×48÷16=69，最終額定轉(zhuǎn)速r=1450÷69=21r/min。

配料室輥軸運(yùn)行轉(zhuǎn)速較低，可選用減速比較大，結(jié)構(gòu)緊湊的空心軸蝸輪蝸桿減速電機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速n=7.4r/min，選用帶制動(dòng)功能的防爆4 極電機(jī)n=1450r/min，減速比i=194，功率P=1.5kW，需用轉(zhuǎn)矩T=1149 N.m，輸出轉(zhuǎn)速n1=7.4r/min。

均料室輥軸，無太大沖擊，同樣選擇結(jié)構(gòu)緊湊的空心軸蝸輪蝸桿減速電機(jī)。額定轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)考慮為配料輥軸的2～4 倍，約為10～30r/min，以降低減速機(jī)尺寸。選用帶制動(dòng)功能的防爆4 極電機(jī)n=1450r/min，減速比i1=60，功率P=1.1kW，需用轉(zhuǎn)矩T=311N.m，輸出轉(zhuǎn)速n1=23.3r/min。

5 結(jié)語

該套均勻給料裝置針對(duì)片狀布料固廢的特性，具有緩存、破拱、調(diào)速給料的功能。通過實(shí)踐已證明，能很好的配套流動(dòng)性較差的工業(yè)固廢的均勻送料問題，使工業(yè)固廢處理的生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)流水化作業(yè)，提高了產(chǎn)線自動(dòng)化程度。