轻质颗粒物料防架桥进料器的设计

黄灿军

（广东水利电力职业技术学院，广东 广州 510635）

在食品生产过程中，被加工或包装的物料通常为粉状、粒状、块状或条状等［1，2］，由于物料颗粒小、形状不规则、密度小、休止角大、流动性差，容易在料仓中产生架桥、搭拱现象，从而引起加料不稳定或停止供料等问题，如图1所示。

由于架桥通常发生在料仓的倾斜侧壁上，因此在此处增设如图1中a向所示的观察口，平时用透明有机玻璃盖上，当发生架桥时，取下有机玻璃，用木棒等工具从窗口中伸入料仓，捅散物料，使之自由下落，显然这种方法不能适应自动化生产的要求。

在实际加工中为了防止物料架桥以及满足连续性生产的要求，采用了电机带动螺旋轴防架桥的设计，如图2所示，但对于某些物料，该方法并不能完全解决问题，在螺旋轴没有扫到的地方依然出现器壁挂料的现象。

图1 物料架桥示意图Figure 1 Diagram of material bridging

图2 器壁挂料示意图Figure 2 Diagram of material hang on the wall

物料的架桥和挂壁是食品生产过程中通常遇到的两个问题，是由物料流动不畅造成的。加料是否均匀和连续影响着食品和包装机械的性能，进一步影响到产品的质量，所以加料的稳定性及均匀性已受到了研究人员的关注。

1 料仓内腔的防架桥装置

1.1 搅拌轴防架桥装置

图3 搅拌轴防架桥装置Figure 3 Diagram of mixer shaft Anti－Bridging－Type device

文献［3］中介绍了一种搅拌轴防架桥装置，见图3。在搅拌轴上焊有支杆，使搅拌轴能够作用到料仓的整个内腔，同时为了增强搅动效果，在料仓上焊有定子，能成功解决物料的架桥和堵塞问题。该装置由于带动搅拌轴的电机需安装在料仓上方，不利于料仓的加料。

1.2 可更换螺带的防架桥装置

文献［4］中介绍了一种可更换螺带的防架桥装置，见图4。电机带动轴旋转，通过联接螺栓进一步带动料斗内的螺带旋转，螺带的形状与料仓的形状基本一致，使螺带能够扫到料仓内的绝大部分空间。针对不同的物料，采用可更换的螺带，同时螺带与料仓机壳的间隙还可以通过弹簧上的手轮调节，从而适应不同物料。该装置有效地避免了架桥现象，可提高生产效率、降低生产成本。但该装置较复杂，不利于制造及安装。

图4 螺带防架桥装置Figure 4 Diagram of tape helix Anti－Bridging－Type device

1.3 弹簧杆防架桥装置

文献［5］中介绍了一种弹簧杆防架桥装置，见图5。弹簧杆构件由弹簧杆和2组星形支架构成，每组星形支架有6根星形支架杆，每个星形支架杆的末端安装有一个触头。弹簧杆上端固定于贮料筒盖，下端抵住加料螺杆。加料时弹簧杆下端随着加料螺杆的旋转而向前推进，前进到一定距离后，弹簧杆的下端脱离螺杆的螺纹，弹簧杆又回弹到起始位置，在加料螺杆的推动下再次向前，形成往复运动。弹簧杆的往复运动，带动星形支架在贮料筒内搅动物料，防止物料架桥，触头往复撞击贮料筒壁，防止物料挂壁。但该装置中的弹簧杆构件一旦产生变形，效果将大为降低。

图5 弹簧杆防架桥装置Figure 5 Diagram of spring steelbar Anti－Bridging－Type device

2 料仓出口的防架桥装置

2.1 水平往复运动防架桥装置

鉴于物料的架桥通常发生在料仓的倾斜侧壁靠近出料口处，因此在此处增设能够扰动物料的防架桥装置，如图6所示即为一种水平往复运动的防架桥装置。电机带动凸轮旋转，在弹簧的共同作用下，使导料杆组件作水平往复运动，扰动靠近料仓出料口的物料，防止物料架桥。该装置在实际使用中存在作用范围小，噪音大，以及导料杆组件的轴与料斗的缝隙处容易漏料等缺点。

图6 水平往复运动防架桥装置示意图Figure 6 Diagram of horizontal reciprocating motion Anti－Bridging－Type device

2.2 垂直往复运动防架桥装置

文献［6］中介绍了一种置于料仓出料口的垂直往复运动防架桥装置，见图7。该防架桥装置由加料螺杆上凸轮、导料杆件组以及碟形弹簧等构成。凸轮焊接在加料螺杆上，导料杆件在凸轮和碟形弹簧的作用下垂直往复运动搅动物料，使物料松散，防止物料在料仓出料口处架桥。同样该装置只能对料仓出料口附近的物料产生作用，如果要解决料仓内的悬料挂壁问题，还需要在料仓外侧增加一个激振器，通过振动解决挂壁现象。

图7 垂直往复运动防架桥机构示意图Figure 7 Diagram of vertical reciprocating motionAnti－Bridging－Type device

3 一种改进料仓的防架桥机构

上述的防架桥装置有些结构偏复杂，不便空间布置，有些由于在料仓的上盖上增加有支撑结构和电机，而导致加料不方便。为了能既简化结构，又提高防架桥能力，笔者在实践中采用了改进料仓的结构设计。

传统的料仓都采用上宽下窄的漏斗状设计，如图8（a）所示，在料仓的底部通过倾斜面逐渐过渡到出料口，正是由于斜面对物料的支撑才会导致物料发生架桥。为此可在料仓设计中采用一个垂直面来破坏物料的架桥条件［7，8］，如图8（b）～（d）所示，但这些料仓还是不能很好地解决特殊物料的架桥问题。

图8 几种不同形状的料斗结构示意图Figure 8 Diagram of some difformity hopper

采用如图9所示的长方体料仓能很好地解决物料架桥问题。大料仓是一个长方体形状，没有收窄的出料口。在大料仓的底部是一个直径较大的进料螺杆。由于料仓没有倾斜面，物料在料仓中没有受到支撑力，均能自由落到进料螺杆上，被螺杆推出。由于进料螺杆的直径较大，在进料螺杆的末端物料并不能均匀而是成团下落，为此在进料螺杆的末端再增设一个小料仓。小料仓的出料口处安装一个旋转叶轮。通过旋转叶轮使小料仓中的物料均匀送出。

图9 长方体料仓防架桥机构示意图Figure 9 Diagram of cuboid hopper Anti－Bridging－Type device

带动进料螺杆和旋转叶轮的电机均由变频器控制，其转速可调，因此该进料器的进料量可调。其进料量由进料螺杆控制，而调节旋转叶轮转速的作用是配合进料螺杆，使被进料螺杆推出的物料均匀、及时地从小料仓中被带出，不在小料仓堆积。

通过调节进料螺杆的转速来控制单位时间的加料量，计算公式：

式中：

Q—— 进料量，kg／min；

n—— 齿轮转速，r／min；

ρ—— 物料的密度，kg／m3；

D——螺旋轴外径，m；

d—— 螺旋轴芯杆直径，m；

s——螺旋轴螺距，m；

δ——螺旋轴叶片厚度，m。

4 结论

食品生产过程中进料器的物料架桥、挂壁现象，对食品和包装机械的机械性能影响很大。为了解决这一问题，传统的料仓分别采用了置于料仓内部的搅拌轴、螺带、弹簧杆，以及置于料仓出料口的水平和垂直往返运动防架桥机构等设计，但这些进料器要么结构复杂，要么不利于加料。传统的料仓设计方法，即上宽下窄的漏斗形料仓，料仓内不可避免地出现倾斜面，而倾斜面对物料的支撑作用是导致物料发生架桥、挂壁现象的根本原因。采用长方体的大、小料仓设计即能很好解决这一问题，使物料在大料仓中没有支撑点，完全落到大料仓底部的进料螺杆上，被进料螺杆推出大料仓进入小料仓，并被旋转叶轮均匀带出小料仓。另外该装置的设计具有加料、安装方便等优点，试验过程中能够做到加料连续、稳定均匀，满足试验要求。

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2 武文斌，刘自然.国外面粉加工新设备和新技术的应用［J］.食品与机械，2006（4）：115～118.

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6 魏新利，贺心燕，张军，等.生物质热解装置螺旋加料系统研究［J］.可再生能源，2007，25（6）：17～20.

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