定量可調式吸塵斗＆同步錯開式雙弧形閘門設計探討

◎ 林亞松，朱金秋

（1.漳州招商局碼頭有限公司，福建 漳州 363105；2.鄭州順安機電設備有限公司，河南 鄭州 450000）

目前，機械化筒倉和方倉的出倉工藝采用裝車樓漏斗漏料方式裝車，其揚塵控制方式由伸縮溜管加除塵系統控制。該方式需頻繁操作伸縮溜管，出倉除塵系統運行及維護成本較高，且除塵效果不理想。漏料口開閉和漏料流量用電動推桿（主要是絲桿螺母推桿）閘門和手動推桿閘門組合控制完成，該電動推桿開、閉閘門速度較慢，需熟練工人操作，否則易溢箱撒料。因此，有必要對該漏料控塵和閘門開閉方式進行技術研討，設計新的漏料結構方式，達到操作簡便、降塵、節能降耗的效果[1]。

1 裝車樓漏斗結構及作用

裝車樓主要由裝車漏斗、閘門裝置、伸縮溜管裝置（含除塵系統的吸塵口）3 部分組成，如圖1、圖2所示。其中，裝車漏斗是儲存輸送設備從機械化筒、方倉下料口漏料輸送過來的散糧臨時承料斗；散糧經裝車漏斗再通過閘門裝置和伸縮溜管裝置裝車運輸等方式出倉。閘門裝置由電動推桿閘門、手動推桿閘門組成，其中，手動推桿閘門起著調節漏料流量的作用，調定后一般不再操作；電動推桿閘門起著開、閉漏料口的作用，作業過程需頻繁操作。

圖1 裝車樓組成圖

圖2 閘門和伸縮溜管裝置結構圖

伸縮溜管裝置由伸縮溜管和除塵系統的吸塵口組成，伸縮溜管裝置起著延伸漏料口和除塵系統吸塵口長度的作用，達到降低漏料揚塵的效果，作業過程中操作最為頻繁，能耗很大，作業成本較高[2]。

2 技術改造的思路與方案探討

本研究經分析與思考，在閘門底部安裝定量可調式吸塵斗漏料以取代伸縮溜管裝置漏料，在新吸塵斗底部安裝同步錯開式雙弧形閘門；新雙弧形閘門和原有電動推桿閘門組合取代現有的電動推桿閘門、手動推桿閘門組合，以達到降塵、降耗、增效、節省成本及簡化操作的目的。

本設計含定量可調式吸塵斗設計、帶除塵系統定量可調式吸塵漏斗設計、同步錯開式雙弧形閘門設計3 部分。下面，本文就這些部分進行分析闡述。

3 漏斗漏料揚塵產生原因及設計思路

3.1 產生原因

漏斗內糧食的粉塵混合在糧食顆粒中，漏料糧食揚塵可簡單分為漏料口處揚塵、下降過程中糧食流揚塵、下落至箱底糧堆揚塵3 部分。

（1）糧食流剛出漏料口時，產生的揚塵主要是糧食流表層粉塵受到外界氣流、糧食流帶動的氣流及顆粒間碰撞作用而產生的表層揚塵。

（2）在糧食流下降過程中，由于粉塵、顆粒流速不同，受加速度作用，糧食流顆粒間隙進一步加大，糧食流中塵、粒進一步分離，分離的粉塵受外界氣流、顆粒碰撞等作用產生揚塵。

（3）當糧食流下落到車箱底糧堆時，糧食流帶動的下降氣流快速振動和上揚，粉塵嚴重分離出糧堆外層，隨糧食流帶動的下降氣流快速沖擊和上揚，產生明顯的揚塵。

3.2 設計思路

鑒于以上的分析，如果設計一種漏料斗，在散糧流出漏料斗時，將粉塵集中到糧食流中間，并保持一定的下落高度；當糧食流下落到車箱底糧堆時，粉塵盡量保持在糧食顆粒下部。如此，將有效抑制裝車樓漏斗裝車的揚塵[3]。

4 定量可調式吸塵斗設計

4.1 定量可調式吸塵斗結構

定量可調式吸塵斗由連接法蘭、天方地圓導料斗、圓錐漏料斗、吸塵導料筒和調量螺桿組成，如圖3 ～8所示。

圖3 吸塵斗的結構圖

圖4 吸塵斗A 向俯視圖

圖5 吸塵斗B 向仰視圖

圖6 吸塵斗B-B 剖面圖

圖7 吸塵斗C-C 剖面圖

圖8 吸塵斗D-D 剖面圖

（1）連接法蘭。連接法蘭用于定量可調式吸塵漏料斗與原閘門裝置底部連接。

（2）導料斗。吸塵斗的上半部設計成天方地圓形狀導料斗，其方形與原閘門裝置漏料口方形尺寸相同，可避免吸塵漏料斗上部積料妨礙原閘門開閉，下部設計成圓形與倒圓錐漏料斗相接。

（3）漏料斗。漏料斗的倒圓錐臺形漏料口起著向中間拋料的導料作用，促使漏出漏料口的環形糧食流向中部集中，形成中空倒圓錐臺形的糧食流。

（4）導料筒。圓筒形導料筒可在糧食流流出漏料斗時形成環形中空的圓錐吸塵空間；圓筒形導料筒可通過調整集塵導料筒上下位置，改變環形漏料截面大小達到調整漏料流量的作用。

（5）調量螺桿。

4.2 定量可調式吸塵斗的工作原理

（1）當裝車樓漏斗閘門裝置的閘門打開時，糧食從漏斗流入吸塵斗，由于反圓錐漏料斗及導料筒的共同作用，在吸塵斗出口處形成環形糧食流；倒圓錐臺漏料口向中部的導料作用，漏出的糧食流向中部集中，形成中空類似倒圓錐凈空空間（如圖9 中的集塵）。

圖9 吸塵斗的工作原理圖

（2）倒圓錐空間的空氣受漏料口處下落的糧食摩擦帶動向下流動（如圖9 中的空氣流下標），從而在漏料口處的糧食流中部圓錐凈空空間的氣壓低于外部氣壓，形成中空負壓。

（3）圓錐負壓凈空空間從環形糧食流外部吸入空氣（如圖9 中的空氣流上標），吸入空氣的同時也將環形糧食流中的粉塵帶入，在圖9 中的集塵處聚集，聚集的粉塵包裹在糧食流的中間并隨之下落。

（4）當糧食流落到糧堆或車箱底部時，由于被包裹在糧食中間的大部分粉塵被外部同時下落的糧食覆蓋，隨向上返流的空氣上揚的粉塵較少，所以揚塵較少，如圖9 糧堆表面所示。

（5）當漏斗閘門打開后，可視裝車漏斗和吸塵斗為一個整體，即吸塵漏斗。

4.3 定量可調式吸塵斗的流量計算

（1）根據以往測試經驗數據，當料口截面積約為0.12 m2時，玉米料速度為300 t·h-1，由此測算玉米漏料速度為2 500 t·h-1·m-2。

（2）圖3 中的環形面積：S=（0.225 m×0.225 m-0.14 m×0.14 m）×3.14=0.097 m2

（3）吸塵斗漏料速度：V=2 500 t·h-1·m-2×0.097 m2=250 t·h-1。

（4）吸塵斗流量可根據具體需要，相應設計吸塵斗的規格大小[4]。

5 帶除塵系統定量可調式吸塵斗設計

5.1 帶除塵系統定量可調式吸塵斗的結構

（1）帶除塵系統的定量可調式吸塵斗設計，即在上述吸塵斗的導料筒中部穿入除塵器吸塵管，吸塵管通過除塵器接口法蘭與外部除塵器相接，如圖10所示。

圖10 帶除塵器吸塵斗結構圖

（2）由于吸塵管占據導料筒的中部位置，導料筒的上下位移旋動由4 個或3 個調量螺桿實現（圖10），調量環上的螺母與調量環焊接成一體，調量環經固定桿與十字架固定。

（3）導料筒上下位移時，吸塵管的中部由伸縮管保持密封連接。

5.2 帶除塵系統的定量可調式吸塵斗的工作原理

（1）當糧食從漏斗流出吸塵斗時，導料筒的底部形成被環形糧食流包裹倒圓錐凈空空間，除塵系統通過吸塵口底部的倒錐凈空空間吸走環糧食流粉塵，達到除塵效果，如圖11 所示。

圖11 帶除塵器吸塵斗的工作原理圖

（2）除塵后的糧食流粉塵極少，余下的隨糧食流下落的少量粉塵包裹在糧食流的中間。因此，從帶除塵系統定量可調式吸塵斗漏料的糧食基本上不產生揚塵。

5.3 帶除塵系統的定量可調式吸塵斗與帶除塵系統伸縮溜管的區別

吸塵斗的吸塵口處于漏料口的中間，伸縮溜管的吸塵口處于漏料口的周圍，如圖12 所示。相較而言，吸塵斗配套的除塵系統功率較小，吸塵效果更好。

圖12 帶除塵系統伸縮溜管結構圖

6 同步錯開式雙弧形閘門漏斗設計

6.1 原閘門裝置存在的問題

裝車樓漏斗裝車時，閘門需頻繁開閉，原閘門裝置的電動閘開閉速度相對較慢，且只能單側漏料；在閘門開、閉動作的短時間內，無法在漏料口處形成環形糧食流，影響漏料的吸塵效果。為解決此問題，本研究設計了同步錯開式雙弧形閘門，可快速從漏料口中間開、閉漏料，達到閘門開閉瞬間即形成環形吸塵糧食流的效果。

6.2 雙弧形漏料斗的設計

同步錯開式雙弧形閘門由雙弧形漏料斗和錯開式雙弧形閘門組成，如圖13 所示。雙弧形漏料斗設計成方形，上口的內長寬與吸塵斗的中部尺寸相同，下口的寬與吸塵斗的漏料口處相近，以便套入并固定在吸塵斗底部。雙弧形漏料斗的底部漏料口設計成雙弧形結構，如圖14～16 所示[5]。

圖13 同步錯開式雙弧形閘門（關閉）圖

圖14 同步錯開式雙弧形閘門（打開）圖

圖15 雙弧形閘門A-A 剖面圖

圖16 雙弧形閘門B-B 剖面圖

6.3 同步錯開式雙弧形閘門的設計

（1）由于吸塵斗漏料口的直徑較大，閘門設計成單弧形漏料口單閘門結構（如圖17 所示），需較大的開啟力矩，且閘門開啟時從漏料口側邊開，如果漏料將會影響吸塵斗的吸塵效果。如果設計成單弧形漏料口的雙閘門結構（如圖18 所示），當閘門關閉時，雙閘門各自受糧食壓力的水平分力往外側，當閘門自身重力的水平往內分力小于糧食壓力往外水平分力時，閘門關閉需保持外力，且閘門接合部易存在縫隙撒料。

圖17 單弧形漏料口單閘門結構圖

圖18 單弧形漏料口的雙閘門結構圖

（2）同步錯開式雙弧形閘門設計。當雙弧形閘關閉時，其各自的閘門受重力和糧食壓力的合力垂直向下，水平分力為0，閘門不用其他外加力即可保持關閉狀態。

（3）當扳動開閉板桿時，板桿帶動齒輪2 和耳板2 繞著齒輪2 的圓心逆時針旋轉，耳板2 帶動弧形閘門2 開啟，同時齒輪2 帶動與之嚙合的齒輪1 同步順時針旋轉，齒輪1 帶動耳板上順時針旋轉，閘門1 與閘門2 同步開啟（如圖14）。

6.4 同步錯開式雙弧形閘門開啟力矩計算

（1）雙閘門開啟最大時的重力力矩測算：

式中：M、M1、M2為閘門重力矩，kgm；F1、F2為閘門重力，kg；L1、L2為閘門重力力臂，m；a、b、h為閘門鋼板的長、寬、高，m；ρ為閘門鋼板的密度，kg/m3；

（2）板桿手動開啟拉力的計算值：

式中：F為板桿的拉力計算值，kg；L3為板桿拉力力臂，取1.1 m；δ1為閘門機構的阻力系數，取1.5。

（3）經計算，同步錯開式雙弧形閘門的手動板桿開啟力計算值為4.4 kg。

6.5 同步錯開式雙弧形閘門開啟方式設計

（1）本設計圖的同步錯開式雙弧形閘門開啟方式，是利用一對嚙合齒輪實現單板桿手動開啟雙閘門，閉合利用閘門自身的重力保持。

（2）同步錯開式雙弧形閘門開啟方式，也可用氣缸的氣動力取代人力控制單板桿，利用一對嚙合齒輪實現雙閘門的開啟。

（3）同步錯開式雙弧形閘門氣動同步開啟方式，也可在雙閘門耳板頂部各延伸一根開啟板桿，雙板桿中間安裝氣缸，利用氣缸的收回和頂出實現閘門的開、閉。

7 同步錯開式雙弧形閘門吸塵斗的設計

7.1 設計原理

將同步錯開式雙弧形閘門套裝于定量可調式吸塵漏料斗或帶除塵系統定量可調式吸塵底部即為同步錯開式雙弧形閘門吸塵斗，如圖19 所示。

圖19 安裝雙弧形閘門吸塵斗工作原理圖

7.2 安裝方法

拆除原裝車樓的伸縮溜管裝置，保持原有的閘門裝置，將同步錯開式雙弧形閘門吸塵斗上部法蘭固定在閘門裝置的底部法蘭上。

7.3 同步錯開式雙弧形閘門吸塵斗的使用

閘門裝置的手動閘門保持常開狀態，電動閘門每班作業前打開，每班作業后關閉；漏料控制由同步錯開式雙弧形閘門執行（原裝置漏料控制由電動閘門執行）。漏料流速可由事先調整導料筒的上、下位置控制。

8 結語

同步錯開式雙弧形閘門吸塵斗改變了原筒、方倉裝車樓的漏料方式，具有操作簡便、降塵、節能降耗的優點。同時，該同步錯開式雙弧形閘門吸塵斗可安裝于移動式門機漏斗和移動式裝車漏斗等散糧漏料作業，起到降塵環保的作用。