定量可调式吸尘斗＆同步错开式双弧形闸门设计探讨

◎ 林亚松，朱金秋

（1.漳州招商局码头有限公司，福建 漳州 363105；2.郑州顺安机电设备有限公司，河南 郑州 450000）

目前，机械化筒仓和方仓的出仓工艺采用装车楼漏斗漏料方式装车，其扬尘控制方式由伸缩溜管加除尘系统控制。该方式需频繁操作伸缩溜管，出仓除尘系统运行及维护成本较高，且除尘效果不理想。漏料口开闭和漏料流量用电动推杆（主要是丝杆螺母推杆）闸门和手动推杆闸门组合控制完成，该电动推杆开、闭闸门速度较慢，需熟练工人操作，否则易溢箱撒料。因此，有必要对该漏料控尘和闸门开闭方式进行技术研讨，设计新的漏料结构方式，达到操作简便、降尘、节能降耗的效果[1]。

1 装车楼漏斗结构及作用

装车楼主要由装车漏斗、闸门装置、伸缩溜管装置（含除尘系统的吸尘口）3 部分组成，如图1、图2所示。其中，装车漏斗是储存输送设备从机械化筒、方仓下料口漏料输送过来的散粮临时承料斗；散粮经装车漏斗再通过闸门装置和伸缩溜管装置装车运输等方式出仓。闸门装置由电动推杆闸门、手动推杆闸门组成，其中，手动推杆闸门起着调节漏料流量的作用，调定后一般不再操作；电动推杆闸门起着开、闭漏料口的作用，作业过程需频繁操作。

图1 装车楼组成图

图2 闸门和伸缩溜管装置结构图

伸缩溜管装置由伸缩溜管和除尘系统的吸尘口组成，伸缩溜管装置起着延伸漏料口和除尘系统吸尘口长度的作用，达到降低漏料扬尘的效果，作业过程中操作最为频繁，能耗很大，作业成本较高[2]。

2 技术改造的思路与方案探讨

本研究经分析与思考，在闸门底部安装定量可调式吸尘斗漏料以取代伸缩溜管装置漏料，在新吸尘斗底部安装同步错开式双弧形闸门；新双弧形闸门和原有电动推杆闸门组合取代现有的电动推杆闸门、手动推杆闸门组合，以达到降尘、降耗、增效、节省成本及简化操作的目的。

本设计含定量可调式吸尘斗设计、带除尘系统定量可调式吸尘漏斗设计、同步错开式双弧形闸门设计3 部分。下面，本文就这些部分进行分析阐述。

3 漏斗漏料扬尘产生原因及设计思路

3.1 产生原因

漏斗内粮食的粉尘混合在粮食颗粒中，漏料粮食扬尘可简单分为漏料口处扬尘、下降过程中粮食流扬尘、下落至箱底粮堆扬尘3 部分。

（1）粮食流刚出漏料口时，产生的扬尘主要是粮食流表层粉尘受到外界气流、粮食流带动的气流及颗粒间碰撞作用而产生的表层扬尘。

（2）在粮食流下降过程中，由于粉尘、颗粒流速不同，受加速度作用，粮食流颗粒间隙进一步加大，粮食流中尘、粒进一步分离，分离的粉尘受外界气流、颗粒碰撞等作用产生扬尘。

（3）当粮食流下落到车箱底粮堆时，粮食流带动的下降气流快速振动和上扬，粉尘严重分离出粮堆外层，随粮食流带动的下降气流快速冲击和上扬，产生明显的扬尘。

3.2 设计思路

鉴于以上的分析，如果设计一种漏料斗，在散粮流出漏料斗时，将粉尘集中到粮食流中间，并保持一定的下落高度；当粮食流下落到车箱底粮堆时，粉尘尽量保持在粮食颗粒下部。如此，将有效抑制装车楼漏斗装车的扬尘[3]。

4 定量可调式吸尘斗设计

4.1 定量可调式吸尘斗结构

定量可调式吸尘斗由连接法兰、天方地圆导料斗、圆锥漏料斗、吸尘导料筒和调量螺杆组成，如图3 ～8所示。

图3 吸尘斗的结构图

图4 吸尘斗A 向俯视图

图5 吸尘斗B 向仰视图

图6 吸尘斗B-B 剖面图

图7 吸尘斗C-C 剖面图

图8 吸尘斗D-D 剖面图

（1）连接法兰。连接法兰用于定量可调式吸尘漏料斗与原闸门装置底部连接。

（2）导料斗。吸尘斗的上半部设计成天方地圆形状导料斗，其方形与原闸门装置漏料口方形尺寸相同，可避免吸尘漏料斗上部积料妨碍原闸门开闭，下部设计成圆形与倒圆锥漏料斗相接。

（3）漏料斗。漏料斗的倒圆锥台形漏料口起着向中间抛料的导料作用，促使漏出漏料口的环形粮食流向中部集中，形成中空倒圆锥台形的粮食流。

（4）导料筒。圆筒形导料筒可在粮食流流出漏料斗时形成环形中空的圆锥吸尘空间；圆筒形导料筒可通过调整集尘导料筒上下位置，改变环形漏料截面大小达到调整漏料流量的作用。

（5）调量螺杆。

4.2 定量可调式吸尘斗的工作原理

（1）当装车楼漏斗闸门装置的闸门打开时，粮食从漏斗流入吸尘斗，由于反圆锥漏料斗及导料筒的共同作用，在吸尘斗出口处形成环形粮食流；倒圆锥台漏料口向中部的导料作用，漏出的粮食流向中部集中，形成中空类似倒圆锥净空空间（如图9 中的集尘）。

图9 吸尘斗的工作原理图

（2）倒圆锥空间的空气受漏料口处下落的粮食摩擦带动向下流动（如图9 中的空气流下标），从而在漏料口处的粮食流中部圆锥净空空间的气压低于外部气压，形成中空负压。

（3）圆锥负压净空空间从环形粮食流外部吸入空气（如图9 中的空气流上标），吸入空气的同时也将环形粮食流中的粉尘带入，在图9 中的集尘处聚集，聚集的粉尘包裹在粮食流的中间并随之下落。

（4）当粮食流落到粮堆或车箱底部时，由于被包裹在粮食中间的大部分粉尘被外部同时下落的粮食覆盖，随向上返流的空气上扬的粉尘较少，所以扬尘较少，如图9 粮堆表面所示。

（5）当漏斗闸门打开后，可视装车漏斗和吸尘斗为一个整体，即吸尘漏斗。

4.3 定量可调式吸尘斗的流量计算

（1）根据以往测试经验数据，当料口截面积约为0.12 m2时，玉米料速度为300 t·h-1，由此测算玉米漏料速度为2 500 t·h-1·m-2。

（2）图3 中的环形面积：S=（0.225 m×0.225 m-0.14 m×0.14 m）×3.14=0.097 m2

（3）吸尘斗漏料速度：V=2 500 t·h-1·m-2×0.097 m2=250 t·h-1。

（4）吸尘斗流量可根据具体需要，相应设计吸尘斗的规格大小[4]。

5 带除尘系统定量可调式吸尘斗设计

5.1 带除尘系统定量可调式吸尘斗的结构

（1）带除尘系统的定量可调式吸尘斗设计，即在上述吸尘斗的导料筒中部穿入除尘器吸尘管，吸尘管通过除尘器接口法兰与外部除尘器相接，如图10所示。

图10 带除尘器吸尘斗结构图

（2）由于吸尘管占据导料筒的中部位置，导料筒的上下位移旋动由4 个或3 个调量螺杆实现（图10），调量环上的螺母与调量环焊接成一体，调量环经固定杆与十字架固定。

（3）导料筒上下位移时，吸尘管的中部由伸缩管保持密封连接。

5.2 带除尘系统的定量可调式吸尘斗的工作原理

（1）当粮食从漏斗流出吸尘斗时，导料筒的底部形成被环形粮食流包裹倒圆锥净空空间，除尘系统通过吸尘口底部的倒锥净空空间吸走环粮食流粉尘，达到除尘效果，如图11 所示。

图11 带除尘器吸尘斗的工作原理图

（2）除尘后的粮食流粉尘极少，余下的随粮食流下落的少量粉尘包裹在粮食流的中间。因此，从带除尘系统定量可调式吸尘斗漏料的粮食基本上不产生扬尘。

5.3 带除尘系统的定量可调式吸尘斗与带除尘系统伸缩溜管的区别

吸尘斗的吸尘口处于漏料口的中间，伸缩溜管的吸尘口处于漏料口的周围，如图12 所示。相较而言，吸尘斗配套的除尘系统功率较小，吸尘效果更好。

图12 带除尘系统伸缩溜管结构图

6 同步错开式双弧形闸门漏斗设计

6.1 原闸门装置存在的问题

装车楼漏斗装车时，闸门需频繁开闭，原闸门装置的电动闸开闭速度相对较慢，且只能单侧漏料；在闸门开、闭动作的短时间内，无法在漏料口处形成环形粮食流，影响漏料的吸尘效果。为解决此问题，本研究设计了同步错开式双弧形闸门，可快速从漏料口中间开、闭漏料，达到闸门开闭瞬间即形成环形吸尘粮食流的效果。

6.2 双弧形漏料斗的设计

同步错开式双弧形闸门由双弧形漏料斗和错开式双弧形闸门组成，如图13 所示。双弧形漏料斗设计成方形，上口的内长宽与吸尘斗的中部尺寸相同，下口的宽与吸尘斗的漏料口处相近，以便套入并固定在吸尘斗底部。双弧形漏料斗的底部漏料口设计成双弧形结构，如图14～16 所示[5]。

图13 同步错开式双弧形闸门（关闭）图

图14 同步错开式双弧形闸门（打开）图

图15 双弧形闸门A-A 剖面图

图16 双弧形闸门B-B 剖面图

6.3 同步错开式双弧形闸门的设计

（1）由于吸尘斗漏料口的直径较大，闸门设计成单弧形漏料口单闸门结构（如图17 所示），需较大的开启力矩，且闸门开启时从漏料口侧边开，如果漏料将会影响吸尘斗的吸尘效果。如果设计成单弧形漏料口的双闸门结构（如图18 所示），当闸门关闭时，双闸门各自受粮食压力的水平分力往外侧，当闸门自身重力的水平往内分力小于粮食压力往外水平分力时，闸门关闭需保持外力，且闸门接合部易存在缝隙撒料。

图17 单弧形漏料口单闸门结构图

图18 单弧形漏料口的双闸门结构图

（2）同步错开式双弧形闸门设计。当双弧形闸关闭时，其各自的闸门受重力和粮食压力的合力垂直向下，水平分力为0，闸门不用其他外加力即可保持关闭状态。

（3）当扳动开闭板杆时，板杆带动齿轮2 和耳板2 绕着齿轮2 的圆心逆时针旋转，耳板2 带动弧形闸门2 开启，同时齿轮2 带动与之啮合的齿轮1 同步顺时针旋转，齿轮1 带动耳板上顺时针旋转，闸门1 与闸门2 同步开启（如图14）。

6.4 同步错开式双弧形闸门开启力矩计算

（1）双闸门开启最大时的重力力矩测算：

式中：M、M1、M2为闸门重力矩，kgm；F1、F2为闸门重力，kg；L1、L2为闸门重力力臂，m；a、b、h为闸门钢板的长、宽、高，m；ρ为闸门钢板的密度，kg/m3；

（2）板杆手动开启拉力的计算值：

式中：F为板杆的拉力计算值，kg；L3为板杆拉力力臂，取1.1 m；δ1为闸门机构的阻力系数，取1.5。

（3）经计算，同步错开式双弧形闸门的手动板杆开启力计算值为4.4 kg。

6.5 同步错开式双弧形闸门开启方式设计

（1）本设计图的同步错开式双弧形闸门开启方式，是利用一对啮合齿轮实现单板杆手动开启双闸门，闭合利用闸门自身的重力保持。

（2）同步错开式双弧形闸门开启方式，也可用气缸的气动力取代人力控制单板杆，利用一对啮合齿轮实现双闸门的开启。

（3）同步错开式双弧形闸门气动同步开启方式，也可在双闸门耳板顶部各延伸一根开启板杆，双板杆中间安装气缸，利用气缸的收回和顶出实现闸门的开、闭。

7 同步错开式双弧形闸门吸尘斗的设计

7.1 设计原理

将同步错开式双弧形闸门套装于定量可调式吸尘漏料斗或带除尘系统定量可调式吸尘底部即为同步错开式双弧形闸门吸尘斗，如图19 所示。

图19 安装双弧形闸门吸尘斗工作原理图

7.2 安装方法

拆除原装车楼的伸缩溜管装置，保持原有的闸门装置，将同步错开式双弧形闸门吸尘斗上部法兰固定在闸门装置的底部法兰上。

7.3 同步错开式双弧形闸门吸尘斗的使用

闸门装置的手动闸门保持常开状态，电动闸门每班作业前打开，每班作业后关闭；漏料控制由同步错开式双弧形闸门执行（原装置漏料控制由电动闸门执行）。漏料流速可由事先调整导料筒的上、下位置控制。

8 结语

同步错开式双弧形闸门吸尘斗改变了原筒、方仓装车楼的漏料方式，具有操作简便、降尘、节能降耗的优点。同时，该同步错开式双弧形闸门吸尘斗可安装于移动式门机漏斗和移动式装车漏斗等散粮漏料作业，起到降尘环保的作用。