泄壓平衡在真空上料系統(tǒng)中的技術(shù)改造實(shí)踐

張定國(guó)　戢兵　林俊杰　馮波

摘? ?要： 真空上料機(jī)是利用真空原理特制的物料輸送設(shè)備，真空條件下容易出現(xiàn)內(nèi)部物料不平衡現(xiàn)象，導(dǎo)致物料流動(dòng)不順暢、粉塵泄漏等問題。通過對(duì)真空上料系統(tǒng)工作原理進(jìn)行觀察和分析，發(fā)現(xiàn)不平衡問題是下料閥門打開后新和舊物料間的碰撞和氣體紊亂流動(dòng)導(dǎo)致的。提出泄壓平衡系統(tǒng)改造方案：首先，計(jì)算得出優(yōu)化的管道內(nèi)徑為6.2 mm;其次，針對(duì)物料差異產(chǎn)生的物料空層問題，在吸料口支撐架處設(shè)計(jì)一個(gè)泄壓孔徑為30 mm的排氣孔。技術(shù)改造后實(shí)驗(yàn)證明：空氣能夠快速回流，使得物料流動(dòng)均衡和快速;擠壓力釋放速度加快，避免了98%的粉塵泄漏。技術(shù)改造項(xiàng)目提高了車間生產(chǎn)穩(wěn)定性需求和粉塵控制水平，極大地改善了車間作業(yè)環(huán)境。

關(guān)鍵詞： 真空上料系統(tǒng);泄壓平衡;粉塵泄漏;物料;技術(shù)改造

中圖分類號(hào)：TU834.6+1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2095-8412 （2020） 01-065-04

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http： //www.china-iti.com? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.013

引言

真空上料機(jī)是湯臣倍健股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“我司”）利用真空發(fā)生器實(shí)現(xiàn)物料輸送的一種設(shè)備，可以將物料從容器直接輸送至高速壓片機(jī)，能夠減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，一定程度上杜絕粉塵污染，保證生產(chǎn)過程符合生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）[1]要求。然而，真空上料系統(tǒng)也存在一定的問題，如密封空間內(nèi)部壓力不平衡會(huì)導(dǎo)致物料流動(dòng)不順暢、粉塵泄漏等問題。文獻(xiàn)[2]詳細(xì)地闡述了固體的慣性和流體的壓縮性：物體質(zhì)量越大，慣性也越大;作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積變化和密度變化。但是，文獻(xiàn)[2]并沒有充分考慮到由不同配方制備的物料存在的流動(dòng)性差異（即粘度差異）。

針對(duì)我司真空上料系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，本文提出一種泄壓平衡改造方案，并應(yīng)用于實(shí)踐，結(jié)果足以提高車間生產(chǎn)穩(wěn)定性需求和粉塵控制水平，技術(shù)改造效果良好。

1? 工作原理與問題分析

1.1? 工作原理

當(dāng)按下真空上料機(jī)的“開/關(guān)”按鍵時(shí)，壓縮空氣進(jìn)入真空發(fā)生器，同時(shí)料斗的放料門在氣缸推動(dòng)下關(guān)閉，料斗中產(chǎn)生真空。

真空上料機(jī)在真空下形成一股氣流，在這股氣流的作用下，被輸送的物料經(jīng)軟管輸送到真空料斗中。一定時(shí)間（上料時(shí)間，可調(diào)節(jié)）后，壓縮空氣停止供應(yīng)，真空發(fā)生器停止產(chǎn)生真空，同時(shí)料斗的放料門在氣缸推動(dòng)下開啟，真空上料機(jī)真空消失，物料從放料門自動(dòng)進(jìn)入高速壓片機(jī)兩端的料斗中。

一定時(shí)間（放料時(shí)間，可調(diào)節(jié)）后，壓縮空氣重新供應(yīng)，真空發(fā)生器產(chǎn)生真空，放料門關(guān)閉，真空上料機(jī)再次加料。周而復(fù)始，物料被源源不斷地送入受料設(shè)備中。真空上料機(jī)具有料位控制功能，受料設(shè)備的料斗中的物料通過物料探頭完成自動(dòng)加料。當(dāng)料位高于物料探頭感應(yīng)位置時(shí)，真空上料機(jī)停止動(dòng)作，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài);當(dāng)料位低于物料探頭感應(yīng)位置時(shí)，真空上料機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，完成對(duì)壓片機(jī)的加料。

1.2? 問題分析

當(dāng)空氣夾雜在物料中一起被真空吸入裝物料的密閉腔體時(shí)，腔體內(nèi)狹小的空間內(nèi)會(huì)造成嚴(yán)重的粉塵飄揚(yáng)。當(dāng)吸料停止時(shí)，下料閥門打開，物料向下傾瀉，垂直降落，與兩邊料斗下料管道中原有的物料形成碰撞，使物料流動(dòng)性變差，生產(chǎn)穩(wěn)定性降低，質(zhì)量無法得到充分保證，再加上重力作用使氣體的體積變小、氣壓增大，氣體紊亂流動(dòng)，使粉塵從料斗與分流管道連接的密封圈處噴出，令整個(gè)操作間粉塵彌漫。

2? 泄壓平衡改造

改造前，真空上料機(jī)由物料探頭、閥門執(zhí)行器、真空發(fā)生器、吸料口、下料管道組成;改造后，增加了排氣軟管和三通回流管道。

為了解決下料過程氣體無法及時(shí)排出的問題[3-4]，技術(shù)員對(duì)真空吸料真空度、風(fēng)速、壓力、物料堆積密度等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

2.1? 管道內(nèi)徑確定

首先確定管道內(nèi)徑[5]，分析過程如表1所示。

2.2? 泄壓孔徑確定

根據(jù)表1，連通系統(tǒng)管道內(nèi)徑設(shè)計(jì)為6.2 cm為最優(yōu)。但設(shè)計(jì)完成后，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了新的問題，即物料差異產(chǎn)生了不同的壓力，發(fā)生了物料空層現(xiàn)象，導(dǎo)致壓片過程中物料無法及時(shí)下降，被迫停機(jī)。這時(shí)既需要在系統(tǒng)中的某個(gè)點(diǎn)釋放一部分氣體，也要平衡系統(tǒng)整體壓力，故考慮在連接處鉆開一個(gè)泄壓孔，使內(nèi)部受到擠壓的、紊亂流動(dòng)的空氣瞬間流出，形成有規(guī)律的、由下至上的循環(huán)流動(dòng)。為此在部門領(lǐng)導(dǎo)和同事的帶領(lǐng)下，采用頭腦風(fēng)暴法對(duì)泄壓孔進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]，分析過程如表2所示。

2.3? 實(shí)物改造

章節(jié)2.2根據(jù)伯努利方程計(jì)算出理論泄壓孔徑為30 mm。根據(jù)實(shí)際情況，在吸料口支撐架處設(shè)計(jì)一個(gè)排氣孔，局部及整體示意圖如圖3所示。

2.4? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)物改造[7]，繪制出具有泄壓平衡功能的真空上料系統(tǒng)，如圖4所示。

3? 改造后的效果分析

結(jié)合應(yīng)用效果得知，當(dāng)吸料停止時(shí)，下料閥門打開，物料向下傾瀉，垂直降落，與兩邊料斗下料管道中原有的物料形成碰撞。過多的空氣相互擠壓，形成混亂的壓力，但空氣由新增的排氣口通過排氣軟管快速地回流，使得物料在通過下料管道時(shí)流動(dòng)很快，受擠壓的空氣與物料自動(dòng)分流，物料流動(dòng)性好，能夠滿足快速生產(chǎn)需求、保證產(chǎn)品質(zhì)量，而且由于擠壓力釋放很快，粉塵有98%的比例不會(huì)再?gòu)牧隙放c分流管道連接的密封圈處噴出。改造后物料和空氣的流動(dòng)方向如圖5所示。

4? 結(jié)束語(yǔ)

改造前曾根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)狀向廠家提出咨詢，廠家沒有相應(yīng)改進(jìn)裝置提供。本著我司提出的“低成本自動(dòng)化，自主研發(fā)”要求對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，醞釀出各種方案，最終選擇了“平衡泄壓，管道回流”方案。雖然管道設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，但滿足了車間生產(chǎn)穩(wěn)定性需求和粉塵控制要求。經(jīng)過9～10個(gè)月的投入使用，設(shè)備生產(chǎn)全品種穩(wěn)定性較好，車間無粉塵飄揚(yáng)，解決了粉塵過多的問題，極大地改善了作業(yè)環(huán)境。

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作者簡(jiǎn)介：

張定國(guó)（1985—），通信作者，男，廣東興寧人，大專，工程師1級(jí)。主要研究方向：制藥類設(shè)備的應(yīng)用與維修。

E-mail： 420901253@qq.com

（收稿日期：2019-12-09）

Technological Transformation Practice of Pressure Relief Balance in Vacuum Feeding System

ZHANG Ding-guo， ZHE Bing， LIN Jun-jie， FENG Bo

（By-Health Co.， Ltd.， Zhuhai 519040， China）

Abstract： Vacuum feeder is the special material conveying equipment based on the vacuum principle. Under the vacuum， it is prone to internal material imbalance， resulting in problems including unsmooth material flow and dust leakage. By observing and analyzing the working principle of the vacuum feeding system， it is found that the cause of the imbalance lies in the collision between the new/old materials and the disordered flow of gas after the opening of the feeding valve. A systematical pressure relief balance transformation scheme is put forward： first， the optimized inner diameter of the pipeline is calculated to be 6.2 mm; secondly， in view of the material gap caused by the material variance， a vent with a pressure relief aperture of 30 mm is designed at the support frame of the material suction port. After the technological transformation， the experiment proves that the air can flow back quickly， which makes the material flow in balance and quickly; the release speed of extrusion pressure is accelerated， which avoids 98% of the dust leakage. The technological transformation scheme improves the workshop production stability and dust control level， which greatly improve the workshop working environment.

Key words： Vacuum Feeding System; Pressure Relief Balance; Dust Leakage; Material; Technological Transformation