新型定量煤炭放料装置的设计开发

杨春茹，洪 伟,2,米 飞,张 渤,王鑫焱,赵秀宏

(1.秦皇岛出入境检验检疫局煤炭检测技术中心，河北 秦皇岛 066003;2.亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室(燕山大学)，河北 秦皇岛 066004)

在以颗粒物或者粉末为原料的产品试验研发检验过程中，计量装置包括天平、精密称量装置等，但由于粉末的特殊性，露天称量的计量装置通常会伴随着粉末状原料的洒落、扬尘等问题，尤其当此种颗粒物或粉末物原料具有一定的毒性时，易对操作者造成一定的伤害[1-7]。结合煤炭放料装置的相关技术研究[8-11]，以下设计研发1种新型定量煤炭放料装置，其目的在于提供1种定量放料装置并使其实现采用简单高效的机械式称量方法以避免露天称量可能造成的粉末状原料物品洒落或扩散的情况，从而保护操作人员的人身安全。

1 新型定量煤炭放料装置的设计开发

项目设计的自动放料装置总体如图1所示，其中碎料器结构、活动挡板导向杆的连接分别如图2和图3所示。

1驱动电机；2变速箱；3进料箱；4螺旋送料器；5螺旋驱动轴；6螺旋驱动扇叶；7活动挡板；8圆形腔体；9放料器；10锥形口；11支撑板；12导向辊筒；13左侧螺旋导向槽；14导向电机；15动力齿轮；16安装支架；17导向轮；18导向杆；19右侧螺旋导向槽；20驱动齿轮图1 新型定量放料装置结构示意图

图2 碎料器的结构示意图

图3 活动挡板7与导向杆18的连接示意图

如图1所示，新型定量放料装置主要由进料箱(3)、螺旋送料器(4)、放料部分(7-10)和碎料器(图2)组成。其中：①进料箱用于投放粉末或颗粒原料，进料箱底端与螺旋送料器连接。②螺旋送料器用于将进料箱中的物料输送到放料装置中，并将堆放的物料进行平摊。螺旋送料器由腔体、螺旋驱动轴(5)、螺旋驱动扇叶(6)组成，其中螺旋驱动扇叶末端与2个放料部分连接。③放料部分用于将输送过来的物料定量放入预定的容器中。放料部分主要由球形腔体(8)、放料器(9)、导向机构组成(7，11-20)。其中，球形腔体是中间为球形的管子，呈两端细中间粗的结构，中间粗的部分容纳着放料器，下端出口为锥形口(10)，便于物料的灌装。该设备有2个出料口，可同时灌装一对平行样品，显著提高效率；放料器为球形腔体内可旋转部分，其与球形腔体结合，可形成体积一定的空间，达到定量取料的效果；导向机构通过支撑板、导向辊筒、左右两侧螺旋导向槽、导向电机、动力齿轮、驱动齿轮、安装支架、导向轮、导向杆几个部分组合，控制活动挡板的打开与关闭。④碎料器用于破碎原料中较大粒度的组分，由若干碎料杆(21)、碎料摆锤(22)、碎料孔(24)、碎料锤铰接座(25)几部分组成，其位于螺旋驱动轴上。

2 新型放料装置的工作过程及原理

研制此新型装置的目的在于提供1种煤炭定量放料装置。成袋的粉末或颗粒原料经过进料箱进入到螺旋送料器的内部，再由螺旋驱动扇叶将原料依次向前推进至出料装置。进入到出料装置圆形腔体内，经放料器锥形槽转动至锥形口处，实现定量放料的目的。由于进料箱容积较大，因此可以一次投放较多物料，可提高分装样品的均一性，同时有效降低劳动强度。

螺旋送料器通过内部螺旋驱动轴带动固定在其上的螺旋驱动扇叶将原料依次向前推进，且在向前推进的过程中实现物料的平摊。其中，驱动电机采用步进电机，通过设置步进电机的工作频率来实现每次动作过程送料的前进距离，从而在初始送料阶段对堆积的物料进行分散，避免对后续的放料装置造成冲击。

出料装置通过放料器锥形槽转动，并与圆形腔体的内壁接触，当锥形槽转动到下方时，将盛满的物料倾倒于锥形口处实现定量放料的目的。需缓慢转动装置中的放料器及其上开有的锥形槽，由盛满物料的锥形槽顶部缓慢排空至锥形槽物料的底部，并给予操作人员更换盛装放料后器皿的时间。此外，由于在此装置中设置的放料装置为多个，有时可能需要1个或数个进行工作而其余放料装置关闭的情况，因而要求在放料装置的内部安装有起到限制作用的机构。

导向机构通过控制放料入口处活动挡板的打开与关闭，以实现将物料送入预定放料容器的目的。具体过程如下：在导向电机运作下，通过动力齿轮带动驱动齿轮转动，随即驱动齿轮带动导向辊筒转动。导向辊筒上的螺旋导向槽能够带动与之接触的导向杆向左或向右运动，随即使得与之铰接的活动挡板打开或关闭。当导向辊筒的旋转方向一定的情况时，不同螺旋方向设置的螺旋导向槽带动导向杆的运动状态不同，当两者处于同一螺旋方向时，导向杆处于不同的运动状态，可完成一个打开一个关闭的功能；当两者处于相反的螺旋方向时，能够使得导向杆同时完成相同的工作过程，即同时打开与关闭。同时，为了保证导向杆的运行平稳，在导向杆的底部安装有导向轮，导向轮的下方与安装支架的上表面接触并可在上表面运动。

碎料装置通过若干碎料干上铰接相互交错的碎料摆锤，使成块的物料能够在螺旋送料器向前运动的过程中破碎成较小颗粒，从而实现物料顺利通过定量放料装置的目的。其中，碎料摆锤的形状直接决定着大块颗粒物的碎料效率。本装置中采用锥形结构的碎料摆锤，并且在该锥形结构的中部位置外表面开有摆锤凹形部，以用来增加碎料摆锤的表面积及利用曲线形状切割结块的颗粒物。同时，在碎料摆锤的中轴线上还开有碎料孔，碎料孔为通孔结构，能够对搅碎的较小物料颗粒进行二次碎料，保证物料以合适的颗粒直径进入到定量放料装置中。

3 结 语

新型定量煤炭放料装置具有以下优点：

(1)装置采用一次放料可多次定量取料的方法，送料与取料过程均为密封空间内进行，避免露天称量可能造成的粉末扩散的问题。由于放料器为圆柱形结构且其上开有一定深度的圆锥形凹槽，圆锥形凹槽内盛装的原料体积相同，可实现简单的机械计量。

(2)装置能够在使用过程中通过设置的碎料杆区域实现对大颗粒物料的碎料，使其能够顺利通过定量放料装置进行定量分装，保证分装样品重量的均一性，具有定量放料速度快、效率高、装料精度高、操作简便、环保无污染等特点。新型定量煤炭放料装置自开发以来应用于多家煤炭检测机构的样品分装工作，效果良好。经过适当改造，其还可用于干燥剂等粉料、粒料定量分装领域，因此在今后一段时期内具有很好的推广价值。