生物質(zhì)原料自動(dòng)輸送系統(tǒng)

車戰(zhàn)斌，李大平(北京惠眾實(shí)科技有限公司，北京100085)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)化石能源的需求日益增長，但化石燃料的大量消耗導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，尋找一種可再生的替代能源，減少CO2等溫室氣體的排放，已成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)。生物質(zhì)能是一種可再生能源，其消耗量僅次于石油、煤炭和天然氣，居第4位［1－2］。生物質(zhì)能具有可再生和環(huán)境友好的雙重屬性。近年來生物質(zhì)能的開發(fā)和利用越來越受到人們的重視［3－4］。同時(shí)，農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的廢棄物，例如，農(nóng)作物收獲時(shí)殘留在農(nóng)田里的農(nóng)作物秸稈，這些廢棄物松散地分散在大面積范圍內(nèi)，具有較低的堆積密度，給收集、運(yùn)輸、儲(chǔ)藏和大規(guī)模應(yīng)用帶來了困難［5－6］。

由此，人們提出如果將農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)的廢棄物壓縮為成型燃料，提高能源密度，不僅解決了上述問題，而且可以形成商品能源。例如，將松散的秸稈、樹枝和木屑等農(nóng)林廢棄物擠壓成固體燃料，它的密度為1.1～1.4 t/m3，體積縮小6～8倍，能源密度相當(dāng)于中質(zhì)煙煤，火力持久，爐膛溫度高，燃燒特性明顯得到了改善［7－9］。生物質(zhì)固體成型燃料的特點(diǎn)，決定了其加工技術(shù)與裝備的設(shè)計(jì)必須在充分考慮生物質(zhì)原料特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)物料進(jìn)行多次輸送。我國生物質(zhì)原料具有多元化、原料特性復(fù)雜多樣等特點(diǎn)，輸送過程較為復(fù)雜。該研究主要針對(duì)粉末物料及成品顆粒的輸送方式及工藝布局進(jìn)行研究，通過對(duì)物流系統(tǒng)的改造使整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)物流的物料流銜接更加合理，從而提高生產(chǎn)效率，減少資源浪費(fèi)。

1 研究思路

由于粉末物料本身的密度較小，具有流動(dòng)性較差，易結(jié)拱等特性，從倉庫的儲(chǔ)存到輸送都有一定難度，運(yùn)輸過程中，又很容易擴(kuò)散至空氣中，造成空氣污染。所以筆者主要從粉末物料的存儲(chǔ)、破拱和運(yùn)輸過程進(jìn)行研究，對(duì)輸送設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，先從基礎(chǔ)設(shè)備做起，再逐步實(shí)現(xiàn)從原料到成品包裝的全自動(dòng)化生產(chǎn)。

秸稈類粉末物料壓成顆粒需要一定的濕度，即含水量，如果粉末物料含水量過低，在成型機(jī)內(nèi)壓制出來的成品顆粒會(huì)松散、易斷，甚至不能壓成條狀顆粒。直接從成型機(jī)里出來很多粉末;如果粉末含水量過高，物料的粘稠度就會(huì)增大，粉末的整個(gè)輸送過程中就很容易堵塞，亦壓制不出有一定強(qiáng)度的合格的條狀顆粒。所以，粉末物料在進(jìn)入成型機(jī)之前需要把物料含水量調(diào)整到最適宜的范圍，這首先就需要加水?dāng)嚢?，在攪拌罐?nèi)讓粉末物料與水充分?jǐn)嚢韬蠓勰┪锪系恼w含水量也不會(huì)那么均勻，所以加水?dāng)嚢韬蟮奈锪线€需要輸送到醒料倉內(nèi)，在醒料倉內(nèi)醒料幾小時(shí)后，粉末物料含水量整體均勻，測(cè)量達(dá)到適合壓制的標(biāo)準(zhǔn)值后才能輸送到成型區(qū)開始生產(chǎn)。但是想要把料倉里粉末物料再輸送到成型車間，第一個(gè)問題就出現(xiàn)了，由于粉末物料加水?dāng)嚢柽^，在醒料倉內(nèi)堆積5 h以上，粉末物料極易結(jié)拱，雖然醒料倉設(shè)計(jì)成了上窄下寬的等腰梯形，但是粉末物料不可能自己像水流一樣落到料倉底部的輸送絞龍內(nèi)，于是在料倉的斜坡上加裝了輔助落料裝置，組成了曲柄連桿機(jī)構(gòu)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，示意見圖1。

2 第1次空載與負(fù)載試驗(yàn)

安裝完第一組裝置后開始做第1次空載試驗(yàn)，即在醒料倉內(nèi)沒有物料時(shí)，按下電機(jī)按鈕，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)輔助落料裝置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行1 h后第一組輔助落料裝置一切正常。于是準(zhǔn)備做第1次負(fù)載試驗(yàn)，把料倉第一組輔助落料裝置上打滿加水?dāng)嚢韬蟮奈锪?，再醒? h后，先開啟醒料倉給成型車間送料絞龍和醒料倉底部送料絞龍，再啟動(dòng)電機(jī)按鈕，發(fā)現(xiàn)電機(jī)不能帶動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)，分析總結(jié)主要原因是在輔助落料裝置上壓滿物料時(shí)，輔助落料裝置與料倉接觸面摩擦力過大，于是在輔助落料裝置底部加裝了一對(duì)滑道，一是為了減小輔助落料裝置與接觸面的粗糙度，二是為了減小輔助落料裝置與接觸面的接觸面積，因?yàn)榱蟼}表面并不光滑，防止輔助落料裝置的邊角直接與地面接觸，防止可能直接卡住的現(xiàn)象。加裝軌道位置如圖2所示。

圖1 輔助落料裝置

圖2 加裝軌道位置示意

3 第2次空載與負(fù)載試驗(yàn)

重復(fù)做第2次空載試驗(yàn)操作，即在醒料倉內(nèi)沒有物料時(shí)，按下電機(jī)按鈕，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)輔助落料裝置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行1 h后第一組輔助落料裝置一切正常。于是準(zhǔn)備做第2次負(fù)載試驗(yàn)，把料倉第一組輔助落料裝置上打滿加水?dāng)嚢韬蟮奈锪希傩蚜? h后，先開啟醒料倉給成型車間送料絞龍和醒料倉底部送料絞龍，再啟動(dòng)電機(jī)按鈕，發(fā)現(xiàn)電機(jī)帶動(dòng)曲柄運(yùn)動(dòng)到與驅(qū)動(dòng)桿裝置運(yùn)動(dòng)到與連桿接近平行時(shí)電機(jī)帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸變慢，馬上關(guān)掉電機(jī)開關(guān)。分析總結(jié)主要原因是當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)曲柄運(yùn)動(dòng)到與驅(qū)動(dòng)桿裝置運(yùn)動(dòng)到與連桿接近平行的過程中曲柄有效力臂逐漸縮短，導(dǎo)致扭矩逐漸減小到0，所以做了如下改動(dòng)，把連桿與曲柄套筒直接焊接的結(jié)構(gòu)改為連桿和驅(qū)動(dòng)桿2個(gè)零件，把2個(gè)壓簧套在驅(qū)動(dòng)桿上，在2個(gè)壓簧兩端分別加一個(gè)擋圈，連桿插在驅(qū)動(dòng)桿里面，再用銷軸從中間2個(gè)擋圈依次穿過驅(qū)動(dòng)桿的槽型孔和連桿的圓孔，這時(shí)托住連桿和最下面的擋圈，此時(shí)在2個(gè)壓簧基本沒壓縮的情況下銷軸應(yīng)該在槽型孔中心位置，將最下面的擋圈下沿與驅(qū)動(dòng)桿焊接牢固。電機(jī)啟動(dòng)如圖3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)連桿與曲柄成90°角時(shí)上面壓簧開始?jí)嚎s，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到與曲柄平行時(shí)，上面壓簧被壓縮到最大值，此時(shí)曲柄有效力臂逐漸縮短，導(dǎo)致扭矩逐漸減小到0，此時(shí)在慣性作用下，小曲柄可以繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一小段距離，此時(shí)在上面被壓縮的壓簧的彈力作用下，推動(dòng)銷軸帶動(dòng)連桿向下運(yùn)動(dòng)，同理當(dāng)連桿運(yùn)動(dòng)到與曲柄接近平行下面的點(diǎn)時(shí)，下面壓簧推動(dòng)銷軸帶動(dòng)連桿向上運(yùn)動(dòng)。

圖3 連桿與曲柄套結(jié)構(gòu)改進(jìn)示意

4 第3次空載與負(fù)載試驗(yàn)

重復(fù)前面操作，第3次做空載和負(fù)載試驗(yàn)，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)3個(gè)問題:①有時(shí)醒料倉底部絞龍不能正常啟動(dòng)，分析原因是當(dāng)料倉滿料時(shí)，絞龍上承受壓力過大，電機(jī)無法帶動(dòng)絞龍轉(zhuǎn)動(dòng)。②料倉內(nèi)的輔助落料裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)有小幅度的左右擺動(dòng)。③輔助落料裝置連桿移動(dòng)距離較小，分析原因?yàn)榻?jīng)過上次改動(dòng)后，雖然連桿運(yùn)動(dòng)到與曲柄接近平行位置時(shí)，在壓簧的反作用力帶動(dòng)下，電機(jī)可以帶動(dòng)連桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，都是靠壓簧所產(chǎn)生的彈力驅(qū)動(dòng)連桿向上和向下運(yùn)動(dòng)。

為解決這些問題，依次做出了3個(gè)改進(jìn):①在料倉底部的絞龍的上方加裝了擋板，在擋板中間焊接1個(gè)“U”形環(huán)，將6 mm鋼絲繩一端系在“U”形環(huán)上，另一端系在醒料倉外部的電機(jī)支架上(圖4)。②將輔助落料裝置改為擾動(dòng)落料裝置，以兩端擋擾動(dòng)板擋板推動(dòng)物料，具體方案是將現(xiàn)有4對(duì)撥料器，改為3對(duì)撥料器，撥料器除最下面一根不動(dòng)外，其余的都分別做成3段，中間用銷軸連接，并將兩端各縮短100 mm，用拉簧拉住兩側(cè)的撥料器，另一端掛在上一組撥料器的中間段。③在下面增加一個(gè)“U”形限位鋼筋，防止撥料器左右擺動(dòng)(圖4)。

圖4 “U”形環(huán)與“U”形限位鋼筋結(jié)構(gòu)示意

5 第4次空載與負(fù)載試驗(yàn)

將擾動(dòng)落料裝置改進(jìn)完畢后，開始做第4次空載試驗(yàn)，即在醒料倉內(nèi)沒有物料時(shí)，按下電機(jī)按鈕，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)擾動(dòng)落料裝置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行1 h后第一組輔助落料裝置一切正常。再準(zhǔn)備做第4次負(fù)載試驗(yàn)，當(dāng)給醒料倉上料前，拉起鋼絲繩另一端將擋板拉起至絞龍槽板邊緣，并將鋼絲繩掛在料倉外的電機(jī)支架上，這時(shí)再上料，物料不會(huì)直接壓在料倉底部的絞龍上，把料倉前3組擾動(dòng)落料裝置上也打加水?dāng)嚢韬蟮奈锪?，第一組擾動(dòng)落料裝置上也打滿料，在第二、第三組擾動(dòng)落料裝置上只打一半物料，再醒料5 h后，開啟醒料倉給成型車間送料絞龍和醒料倉底部送料絞龍，等送料絞龍運(yùn)行平穩(wěn)后再松開電機(jī)支架上的鋼絲繩，放下?lián)醢?，啟?dòng)擾動(dòng)落料裝置電機(jī)按鈕。間隔10 min，依次開啟第三、第二、第一組擾動(dòng)落料裝置，40 min后停止生產(chǎn)，再過2 h左右等醒料倉內(nèi)漂浮的物料基本散盡，進(jìn)入醒料倉內(nèi)觀察試驗(yàn)效果，發(fā)現(xiàn)由于第二組擾動(dòng)落料裝置下半部分堆積過多物料，拉桿上端與驅(qū)動(dòng)桿連接處翹起，電機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)卻不能帶動(dòng)連桿做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。第一組擾動(dòng)落料裝置北側(cè)物料基本都被推到絞龍內(nèi)，南側(cè)物料基本沒有變化，觀察發(fā)現(xiàn)第一組擾動(dòng)落料裝置南側(cè)的擋板沒有放下。在擋板上端與醒料倉的斜坡處有結(jié)拱現(xiàn)象。針對(duì)這3個(gè)問題分別做了技術(shù)改進(jìn):①在擾動(dòng)落料裝置第一和第二對(duì)推板之間加裝了新的限位裝置，同時(shí)將舊的鋼筋限位更換為新的限位裝置。②在第一組擾動(dòng)落料裝置靠近墻一側(cè)的支架側(cè)面焊接一塊與支架側(cè)面形狀相同的2 mm鐵板，防止向醒料倉打料時(shí)粉粒物料從支架側(cè)面進(jìn)入擋板下面的絞龍內(nèi)，從而阻礙擋板落下，同時(shí)在擾動(dòng)落料裝置底部加裝一根長度約3 m、內(nèi)徑20 mm的圓管，在圓管的下端面焊接一個(gè)內(nèi)徑15 mm左右的“O”形環(huán)，防止拉動(dòng)鋼絲繩時(shí)直接與圓管端面摩擦，將拉擋板鋼絲繩穿過圓管再通過觀察口掛在外面的電機(jī)支架上。③將擾動(dòng)落料裝置下端延長280 mm，用Φ14鋼筋焊接，再用Φ14鋼筋焊接一段高度300 mm的破拱鋼筋，距離底部鋼筋145 mm(圖5)。

6 第5次空載與負(fù)載試驗(yàn)

圖5 擾動(dòng)落料裝置下端改進(jìn)示意

將擾動(dòng)落料裝置改進(jìn)完畢后，開始做第5次空載試驗(yàn)，即在醒料倉內(nèi)沒有物料時(shí)，按下電機(jī)按鈕，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)擾動(dòng)落料裝置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行1 h后第一組輔助落料裝置一切正常。再準(zhǔn)備做第5次負(fù)載試驗(yàn)，當(dāng)給醒料倉上料前，拉起鋼絲繩另一端將擋板拉起至絞龍槽板邊緣，并將鋼絲繩掛在料倉外的電機(jī)支架上，這時(shí)再上料，物料不會(huì)直接壓在料倉底部的絞龍上，把料倉前3組擾動(dòng)落料裝置上打加水?dāng)嚢韬蟮奈锪?，第一組擾動(dòng)落料裝置上也打滿料，在第二、第三組擾動(dòng)落料裝置上只打一半物料，再醒料5 h后，開啟醒料倉給成型車間送料絞龍和醒料倉底部送料絞龍，等送料絞龍運(yùn)行平穩(wěn)后再松開電機(jī)支架上的鋼絲繩，放下?lián)醢?，再啟?dòng)擾動(dòng)落料裝置電機(jī)按鈕。間隔10 min，依次開啟第三、第二、第一組擾動(dòng)落料裝置，1 h后停止生產(chǎn)，再過2 h左右等醒料倉內(nèi)漂浮的物料基本散盡，進(jìn)入醒料倉內(nèi)觀察試驗(yàn)效果，發(fā)現(xiàn)在擋板上端與醒料倉的斜坡處沒有結(jié)拱現(xiàn)象，料倉內(nèi)粉末物料基本都被推入絞龍槽內(nèi)，被醒料倉底部輸送絞龍輸送至提升絞龍入料口處，只有擾動(dòng)落料裝置和醒料倉斜面之間和第一組擾動(dòng)落料裝置和西側(cè)墻壁之間有少量粉末物料，3組擋板都直接放到了最低點(diǎn)豎直位置。第二、第三組擾動(dòng)落料裝置拉桿上端與驅(qū)動(dòng)桿連接處沒有翹起，總體達(dá)到了預(yù)期效果。

7 小結(jié)

該研究主要針對(duì)粉末物料及成品顆粒的輸送方式及工藝布局進(jìn)行研究，通過對(duì)物流系統(tǒng)的改造使整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)物流的物料流的銜接更加合理，降低了生產(chǎn)成本和原料的損耗，并且減少了廢料造成的空氣污染，又提高了原料的利用率，增加了收益。

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