秸稈膨化機(jī)進(jìn)料裝置的設(shè)計

■王元春

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510635）

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源豐富，每年的秸稈產(chǎn)量大約有5億多噸。將農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為動物飼料是其開發(fā)利用的主要方向之一，已受到越來越廣泛的關(guān)注，但農(nóng)作物秸稈質(zhì)地粗硬、適口性差、消化率低、營養(yǎng)價值不高，直接飼喂動物效果不佳。農(nóng)作物秸稈通過膨化機(jī)加工后可變成芳香可口、營養(yǎng)豐富的優(yōu)質(zhì)顆粒飼料，可部分替代飼料糧食，且減少環(huán)境污染，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益[1]。在利用膨化機(jī)加工農(nóng)作物秸稈時，由于被加工物料顆粒小、形狀不規(guī)則、密度小、休止角大、流動性差，容易在料倉中產(chǎn)生架橋、搭拱或掛壁等現(xiàn)象，從而引起加料不穩(wěn)定或停止供料等問題，如圖1所示。

架橋和掛壁是秸稈物料膨化加工過程中通常遇到的問題，是由于秸稈物料多呈細(xì)長條狀，物料間會纏繞、拉扯，導(dǎo)致物料流動不暢，從而造成這種現(xiàn)象。顯然物料的架橋和掛壁現(xiàn)象不利于膨化機(jī)生產(chǎn)加工過程，甚至?xí)绊懽罱K的產(chǎn)品質(zhì)量。為解決這一現(xiàn)象，傳統(tǒng)的料倉采用了多種形式的防架橋和掛壁的進(jìn)料裝置[2-5]，主要有以下幾種方式：①在料倉側(cè)壁上安裝透明的觀察窗，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有架橋和掛壁時，采取人工干涉來化解架橋和掛壁現(xiàn)象，顯然這種方式不滿足自動化生產(chǎn)的要求；②在料倉側(cè)壁上安裝振動電機(jī)，而這種方式的缺點是噪音大，對解決細(xì)長條狀的秸稈物料架橋現(xiàn)象作用不明顯；③在料倉內(nèi)部增加攪拌軸等結(jié)構(gòu)（如圖2a所示），該結(jié)構(gòu)將在料倉的上蓋上增加攪拌電機(jī)及其支撐結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)致加料不方便；④在料倉的出料口增加破拱裝置，該裝置的主要不足是作用范圍小，僅限于出料口附近，同時也存在噪音大的問題。

圖1 物料架橋、掛壁現(xiàn)象

圖2 水平往復(fù)運(yùn)動防架橋裝置

針對上述問題，筆者采用了一種二級料倉的雙螺旋進(jìn)料裝置，能較好地解決秸稈材料加工利用過程中，物料進(jìn)料時產(chǎn)生的架橋、搭拱、掛壁，甚至堵塞問題。

1 料倉的設(shè)計

如圖1所示，傳統(tǒng)的料倉均采用上寬下窄的漏斗狀設(shè)計，這是由于料倉既要滿足具備儲存一定體積的物料的要求，同時又要滿足料倉的出料口大小必須與膨化機(jī)的進(jìn)料口一致的要求。這種料倉必然在底部會出現(xiàn)傾斜面，而斜面對物料的支撐作用正是導(dǎo)致物料發(fā)生架橋、搭拱、掛壁等現(xiàn)象的主要原因。一些研究提出通過改變料倉的結(jié)構(gòu)設(shè)計，例如增加垂直面[2]（見圖3）、出口偏心設(shè)置的料倉[6-7]（見圖4）來破壞物料的受力平衡，從而盡可能避免架橋、搭拱、掛壁等現(xiàn)象。

圖3 帶垂直面的料斗結(jié)構(gòu)

雖然上述的料斗從局部上進(jìn)行了改進(jìn)，但料斗必須滿足儲存一定量的物料要求，在總體上料斗就擺脫不掉上寬下窄的結(jié)構(gòu)，還是不能徹底地解決農(nóng)作物秸稈物料的架橋問題。

圖4 幾種出口偏心設(shè)置的料斗結(jié)構(gòu)

最有可能解決此類問題的料倉應(yīng)該是側(cè)面均采用垂直面，料倉的內(nèi)壁對物料在垂直方向上均不產(chǎn)生支撐作用，但這類料倉很難同時滿足既要儲存一定體積物料的要求又要與膨化機(jī)的進(jìn)料口尺寸一致這兩個要求，為此進(jìn)料裝置需采用一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計（見圖5），即采用一大、一小兩個長方體狀的料倉，將儲料與喂料兩個功能分開，一級大料倉用來儲存物料，其體積可以做到較大，而二級小料倉用來給膨化機(jī)喂料，其尺寸與膨化機(jī)進(jìn)料口尺寸一致。兩個料倉的側(cè)面均采用垂直面，徹底避免了斜面。一級料倉與二級料倉之間采用傳送帶進(jìn)行物料的輸送，傳送帶上等距離均勻分布多個橫向小隔板，在爬坡時將物料阻隔在隔板間，防止物料滑動而堆積在一起，導(dǎo)致進(jìn)料不均。

圖5 二級料倉結(jié)構(gòu)

2 大料倉的供料方式設(shè)計

2.1 柱塞供料

柱塞供料裝置的結(jié)構(gòu)如圖6所示，柱塞2在連桿3（或氣動液壓缸）作用下做前后往復(fù)運(yùn)動，當(dāng)柱塞后退，料斗1中的物料在重力作用下進(jìn)入容腔，之后柱塞向前移動，將物料推向出料口6。調(diào)節(jié)螺桿5及活門4用來調(diào)節(jié)容腔容積的大小。大料倉采取該方式供料存在兩個問題：①要使柱塞作用整個料倉的底部，其結(jié)構(gòu)尺寸將非常大；②柱塞后退時料倉不出料，是一種不連續(xù)的供料方式。

圖6 柱塞供料

2.2 刮板供料

刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要由鏈條及刮板組成，是一種連續(xù)送料機(jī)械，對物料的適應(yīng)性強(qiáng)，輸送能力不受物料的粒度和濕度等影響[8]。刮板輸送機(jī)產(chǎn)品技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，可采用水平或傾斜安裝，主要有水平、傾斜和自清式三種類型的刮板輸送機(jī)。但在實際應(yīng)用中，由于大料倉采用長方體狀設(shè)計，料倉底部無其它支撐板，整個料倉的物料均落在刮板輸送機(jī)上，輸送機(jī)刮板向前運(yùn)動時，秸稈物料間存在纏繞、拉扯等作用，刮板外的物料與落在刮板間的物料并不能很好地分層，而是隨著刮板一起向前運(yùn)動，迅速將出口堵死，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)停止運(yùn)動。

2.3 螺旋供料

螺旋供料裝置主要有雙螺桿（或彈簧雙螺桿）和單螺桿（或彈簧單螺桿）等方式[9-10]（如圖8所示）。雙螺桿又分為共軛嚙合型雙螺桿和非嚙合型雙螺桿兩種形式，前者適用于粉料或小的顆粒料，輸送效率高，連續(xù)均勻，但輸送過程中容易卡死；后者可采用較大間隙，因此對物料適應(yīng)性廣，但相對前者而言其輸送效率低。彈簧雙螺桿撓性較大，對物料的適應(yīng)性也更廣，但料筒與螺桿間隙設(shè)計小于5 mm時，彈簧螺桿容易被卡死，彈簧雙螺桿的輸送效率低。與雙螺桿輸送方式相比，單螺桿和彈簧單螺桿輸送裝置的結(jié)構(gòu)簡單，但輸送效率及物料適應(yīng)性均較差。

圖7 刮板供料

圖8 螺旋供料

綜上所述，大料倉采用非嚙合型雙螺桿供料方式，如圖9所示。在料倉1的底部裝有非嚙合型雙螺桿4，采用兩端支承方式，防止螺桿受擠壓向兩側(cè)變形與倉壁接觸而卡死。料倉1內(nèi)的所有物料均能垂直落到該雙螺桿上，因此所有物料均能夠被雙螺桿送出料倉。料倉底板2由兩段圓弧組成，隔板5的底邊也是由兩段圓弧組成，圓弧與雙螺桿的外圓同心，上下圓弧組成圓形出口，與螺桿間的間隙為5 mm。雙螺桿由電機(jī)3驅(qū)動，而電機(jī)3又由變頻器控制，其轉(zhuǎn)速可調(diào)，因而進(jìn)料量可調(diào)。物料在雙螺桿作用下被送到出料口7處，進(jìn)一步落到傳送帶8上，被傳送帶8帶到小料斗中。由于物料在非嚙合型雙螺桿作用下做螺旋向前的運(yùn)動，螺桿內(nèi)的物料與螺桿外的物料分層效果好，不會帶動物料整體向前運(yùn)動，阻塞出口。

3 小料倉的設(shè)計

當(dāng)膨化機(jī)對進(jìn)料量要求不高，則小料倉直接與膨化機(jī)的進(jìn)料口對接，當(dāng)大料倉的來料量不均勻時，利用小料倉自身所具有的一定體積，對來自大料倉的物料進(jìn)行一定程度的緩沖。當(dāng)膨化機(jī)對進(jìn)料量要求較高，可在小料倉底部再增加雙螺桿送料機(jī)構(gòu)（見圖10），利用變頻器控制電機(jī)7轉(zhuǎn)速，使進(jìn)料量可控可調(diào)。

圖9 大料倉螺旋供料

圖10 大料倉螺旋供料

4 結(jié)論

秸稈膨化機(jī)加工過程中物料經(jīng)常發(fā)生架橋、搭拱、掛壁等現(xiàn)象，主要是漏斗形料倉中存在斜面，斜面對物料產(chǎn)生支撐作用而導(dǎo)致上述現(xiàn)象。采用二級料倉的雙螺旋進(jìn)料裝置即能很好解決此類問題，二級大、小料倉均采用長方體狀設(shè)計，徹底消除了斜面，物料不再受料倉壁的支撐作用，可在重力作用下完全落在料倉底部的雙螺桿上，被送出出料口而最終進(jìn)入膨化機(jī)。該進(jìn)料裝置的還具有加料方便、儲料量大等優(yōu)點，在實際應(yīng)用過程中能夠滿足加料的連續(xù)性、均勻性要求。