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粉末物料非封閉人工加料對(duì)操作人員危害很大， 特別是毒性易揮發(fā)粉末存在嚴(yán)重職業(yè)危害， 在設(shè)計(jì)過程中如何提高操作密閉性、 自動(dòng)化至關(guān)重要。 根據(jù)在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中涉及到草甘膦粉末顆粒物料加料設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)加料裝置。本文主要介紹粉末自動(dòng)加料裝置選型和設(shè)計(jì)的思路和方法。

1 項(xiàng)目情況

項(xiàng)目涉及物料為農(nóng)藥類微毒粉末物料草甘膦，考慮到車間操作安全，需要設(shè)計(jì)一套粉末自動(dòng)加料裝置。車間為三層框架混凝土結(jié)構(gòu)， 每層層高 6 m，需要設(shè)計(jì)鋼平臺(tái)及相關(guān)設(shè)備。草甘膦包裝大小為1000 mm×1000 mm×1100 mm，重量為 840公斤/袋， 下料口400 mm。反應(yīng)釜一批進(jìn)料量為 1.7 t， 輸送管道管徑 DN150 mm。

2 總體方案設(shè)計(jì)

草甘膦物料由叉車運(yùn)至車間，再由推車經(jīng)電梯運(yùn)至三樓，三樓經(jīng)單梁懸掛起重機(jī)運(yùn)至錐形加料槽放料。 物料由錐形加料槽經(jīng)氣動(dòng)滑動(dòng)閘閥， 再經(jīng)三通分料閥分別進(jìn)入兩個(gè)反應(yīng)釜。 整個(gè)過程全封閉， 進(jìn)料過程由稱重模塊控制，自動(dòng)控制氣動(dòng)滑動(dòng)閘閥開啟關(guān)閉， 以保證進(jìn)料量準(zhǔn)確， 人工控制三通分料閥開啟管路。 錐形加料槽裝有物位顯示儀表， 實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)顯示加料槽內(nèi)物料量； 錐形加料槽外裝有四個(gè)振動(dòng)器， 邊下料邊振動(dòng)， 以保證物料下料順利， 不至于物料堵住管路。

3 起重機(jī) （行車 ） 選型

起重機(jī)選型需要考慮起重量、 提升高度、 跨度、運(yùn)行速度和安裝方式。起重量需要考慮物料包裝重量、 建筑結(jié)構(gòu)本身承重載荷； 提升高度需要考慮樓層高度、 設(shè)備口高度、 物料包裝尺寸和起重機(jī)本身設(shè)備高度， 一般根據(jù)廠房的高度選擇起吊重物的高度； 行車跨度只跟廠房跨度有關(guān)，一般選取一跨長度為行車跨度， 這樣行車運(yùn)行范圍大。 運(yùn)行速度如果建筑樓層荷載大或運(yùn)輸重量輕可以選擇廠家常規(guī)速度， 由于本項(xiàng)目廠房為已有建筑，為了避免由于運(yùn)行速度過快引起物料慣性晃動(dòng)， 影響建筑結(jié)構(gòu)， 所以運(yùn)行速度不能太快， 具體速度可以和廠家討論決定。 安裝方式分為電動(dòng)小車式（即電動(dòng)葫蘆既可上下起吊重物又可左右移動(dòng) ） 和固定式 （只可上下起吊重物 ） ， 固定式又可分為上固定和下固定，根據(jù)實(shí)際情況需要選擇安裝方式。本項(xiàng)目選用電動(dòng)小車式單梁懸掛起重機(jī)， 起重量 1.5 t， 提升高度 6 m， 跨度 5.5 m， 運(yùn)行速度 10 m/min。

4 錐形加料槽設(shè)計(jì)

加料槽設(shè)計(jì)需要考慮一次存放量、管口設(shè)置和預(yù)留、 設(shè)備材質(zhì)、 設(shè)備壓力等級(jí)、 附屬設(shè)備情況及設(shè)備尺寸。 其中設(shè)備尺寸確定是個(gè)很復(fù)雜的過程， 需要考慮設(shè)備之間間距、 閥門、 管路間距及樓層高度。由反應(yīng)釜管口高度、 閥門數(shù)量、 設(shè)備下部錐形角度 （先預(yù)設(shè)一個(gè)角度， 一般偏向于小角度 ） 和連接管路確定設(shè)備耳座位置， 再根據(jù)操作方便性、 物料存放量和行車及物料包裝尺寸綜合考慮設(shè)備在樓層上半部分高度， 最后確定設(shè)備直徑。

本項(xiàng)目錐形加料槽草甘膦物料容量為 2 個(gè)反應(yīng)釜進(jìn)料量， 反應(yīng)釜一批進(jìn)料量為 2.9 t， 兩批進(jìn)料量為5.8 t， 根據(jù)草甘膦包裝 1.1 L=840 kg 計(jì)算， 實(shí)際需要容量為 6.9 L， 預(yù)留 20%空間， 最終設(shè)計(jì)容量為 8.3 L。綜合各方面的因素，最終確認(rèn)錐形加料槽尺寸為覫2000 mm×2500 mm （筒體 ） ， 體積 V=8.9 L， 槽體錐形部分角度為 102°， 直徑 覫2000 mm， 高度 740 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。容器耳式支座尺寸參考 《容器支座》（JB/T 4712.3- 2007 ） ， 在此不做詳細(xì)介紹。

5 振動(dòng)器的選型

振動(dòng)器的選擇需要考慮空氣消耗量、 噪音、 安裝空間、 頻率、 振幅 / 振動(dòng)能、 維護(hù)成本、 空氣供給 / 潤滑情況， 當(dāng)然工程設(shè)計(jì)不可能做到這么細(xì)， 很多時(shí)候都是憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，所以在有些專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備選型時(shí)， 可以參考設(shè)備廠家意見進(jìn)行綜合選型。

本項(xiàng)目所用振動(dòng)器選取上海質(zhì)諾電子科技有限公司的 3 種振動(dòng)器進(jìn)行比較選型。 主要有 3 種類型：滾軸式振動(dòng)器、 滾珠式振動(dòng)器和轉(zhuǎn)輪式振動(dòng)器， 3 種振動(dòng)器動(dòng)力源都是儀表用壓縮空氣。最高適用范圍分別是： 140 ℃、 120 ℃和 100 ℃， 噪音級(jí)范圍分別是75~100 dBA、 75~95 dBA和 60~75 dBA。滾軸式振動(dòng)器為細(xì)小物質(zhì)的傳送提供了一種新方法， 主要用于：漏斗清空、 小顆粒激勵(lì)、 細(xì)粉末移動(dòng)、 塑料和水泥的模中搗實(shí)。滾珠式振動(dòng)器多用于輔助滑槽和漏斗中的物料流動(dòng)，容器中和模具中的物料搗實(shí)和篩上不同尺寸物品分離。轉(zhuǎn)輪式振動(dòng)器由于高速度與高偏心矩相結(jié)合可產(chǎn)生強(qiáng)大的振動(dòng)能，且軸承更換簡(jiǎn)單和噪音低，符合現(xiàn)行工廠測(cè)試條件下的國際噪音規(guī)則。 考慮以上優(yōu)缺點(diǎn)、 車間實(shí)際情況并結(jié)合設(shè)備廠家意見， 本項(xiàng)目選取噪音相對(duì)較低的氣動(dòng)轉(zhuǎn)輪式振動(dòng)，安裝于設(shè)備 1/3 處， 型號(hào)為 GT- 48。 最終安裝調(diào)試還要通過改變氣壓使振動(dòng)頻率接近物體的自由頻率以達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

6 自動(dòng)切斷閥門選型

由于本項(xiàng)目閥門垂直安裝，管路上端加料槽內(nèi)有 5~6 t 粉末物料， 如何選取自動(dòng)切斷閥門對(duì)于整套裝置的運(yùn)行至關(guān)重要。閥門的錯(cuò)誤選型將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在整個(gè)產(chǎn)品周期內(nèi)的高成本運(yùn)行，并使得生產(chǎn)效率大大降低。 對(duì)于流動(dòng)性比較好的粉末物料， 目前工程上用得比較多的就是星形 （葉輪） 給料閥、 粉末蝶閥、 粉末專用球閥、 閘板閥、 孔板閥等控制閥門。

星形（葉輪 ） 給料閥不適用于帶有粘性粉末物料， 粉末顆粒受潮極易卡死閥門， 影響生產(chǎn)。而傳統(tǒng)的刀形閘閥或蝶閥專為處理氣體和液體而非干燥物料而設(shè)計(jì)。 這些閥門依賴于柔軟的密封件， 而它們因閥門開關(guān)和物料填充物容易磨損， 造成物料泄漏。 這就需要頻繁維護(hù)閥門， 造成生產(chǎn)率低下， 嚴(yán)重時(shí)甚至造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。

經(jīng)推薦和閥門廠家溝通聯(lián)系最后確定本項(xiàng)目切斷閥門為美國弗泰斯公司生產(chǎn)的具有 “上升” 刀片設(shè)計(jì)的 HDP 滑動(dòng)閘閥， 型號(hào)為 HDP150。該閥門專門為處理研磨或粘性物料設(shè)計(jì)（草甘膦粉末受潮后具有粘性， 一般閥門容易堵塞 ） ， 適用于粉末、 球形物和顆粒物，絕對(duì)密封灰塵和細(xì)小粉末，易于安裝與維護(hù)，可在 204~232 ℃高溫下進(jìn)行間歇工作，可選用304、 316L不銹鋼、 鋁或碳鋼等不同材料。

自動(dòng)切斷閥門還需要考慮執(zhí)行器的形式，按驅(qū)動(dòng)方式可分為氣動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)執(zhí)行器。 氣動(dòng)執(zhí)行器具有防爆的優(yōu)點(diǎn)； 電動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)在于控制精度要高于氣動(dòng)執(zhí)行器，其推力要高于氣動(dòng)執(zhí)行器但低于液動(dòng)執(zhí)行器。但相對(duì)于液動(dòng)執(zhí)行器的初期投資來說， 電動(dòng)執(zhí)行器的造價(jià)成本比較低， 性價(jià)比比較高， 更容易架設(shè)和應(yīng)用。 液動(dòng)執(zhí)行器的推力最大， 而且推力控制十分精準(zhǔn)。 防爆性能介于氣動(dòng)執(zhí)行器和電動(dòng)執(zhí)行器之間。液動(dòng)執(zhí)行器最大的缺點(diǎn)是初期投資要求過高， 需要搭配液壓系統(tǒng)支持， 只適宜在大型工作場(chǎng)合安裝使用。由于本項(xiàng)目所在車間為甲類車間， 所有設(shè)備必須要求防爆， 而且車間儀表一般都是氣動(dòng)控制， 所以本裝置選用氣動(dòng)執(zhí)行器， 而且能減少設(shè)施投入。

此外，本項(xiàng)目?jī)x表連入車間 DCS 控制系統(tǒng)， 稱重傳感器與自動(dòng)切斷閥連鎖，錐形加料槽物位實(shí)時(shí)顯示， 系統(tǒng)自動(dòng)控制進(jìn)料量。

7 結(jié)論

以上裝置選型設(shè)計(jì)很好地解決了大包裝有毒粉末物料密閉加料問題，同時(shí)在草甘膦加料槽上設(shè)置廢氣管道， 操作區(qū)域設(shè)置吸風(fēng)罩， 有效解決了物料揮發(fā)有毒氣體在車間的積聚， 減少了有毒氣體吸入， 避免操作人員直接接觸， 提高了操作安全性。 本文所述裝置選型設(shè)計(jì)，對(duì)于相同或相似系統(tǒng)的相關(guān)裝置設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

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