工業固廢資源化利用均勻給料裝置設計

陳 偉

（福建省環境保護設計院有限公司，福建 福州 350011）

關鍵字：工業固廢；流動性差；均勻給料；緩存料斗；給料可控

1 設計背景

目前隨著經濟的發展，工業規模不斷的擴張，周邊城市工業固廢的處理需求量逐步增大。其中，一般工業固廢（服裝廠、鞋廠邊角料）因熱值大，具有極高的回收價值，可作為電廠的輔助燃料，進行焚燒處理。

然而要對該類工業固廢進一步資源化利用，必須對其進行預處理，工藝上要求破碎后壓塊成型。而對于壓塊成型工藝，其進料的控制要求較高，需保證給料的均勻性；針對不同含水率的物料，還要實現進料量可調。

傳統的給料機，如振動篩式給料機，大多用于流動性好的粉末顆粒物料；圓盤式給料機，一般投送的流動性好的粉狀、粒狀或小塊狀不易纏繞的物料。因而，在沒有適用的設備情況下，全新設計針對流動性較差的2D 片狀柔性的物料，處理量為1.5t/h 工業固廢壓塊生產線配套的，具有緩存料斗，且給料可控，上料均勻的給料裝置。

2 均勻給料裝置結構

如下圖所示，均勻給料裝置主要由頂部的緩存料斗、中間的配料控制室、底部的均料室以及機架組成（用戶傾斜皮帶輸送機，根據后續設備布置情況配備）。

緩存料斗配有鏈輪驅動的破拱輥軸，由芯軸、輥軸以及破拱叉臂組成；配料控制室配有類似轉龍的配料輥軸，由芯軸、輥體以及八個折邊轉龍葉片組成，該輥軸由渦輪減速電機驅動，采用分體式的設計，可方便組裝與拆卸；下部均料室的梳理輥軸，由一體式的，帶有梳理齒片的輥軸組成，亦由渦輪減速電機驅動。各分室輥軸結構詳見下圖：

圖a）:破拱輥軸；b）:配料輥軸；c）:梳理輥軸。

3 均勻給料裝置工作過程

經過上一道破碎工序處理后的物料，送進緩存料倉內，由轉動的破拱軸，不斷的叉起而后下落料至中部的配料室。配料室接受上方的落料，進入各個轉龍葉片分割成的腔體內，通過轉動落入下方的均料室。均料室的梳理輥軸，將上部轉龍的物料均勻的擊散在下方輸送皮帶上，實現均勻給料。

配備的減速電機，由380V/50Hz 電源驅動，結合配置的變頻器，根據實際運行工況，通過PLC 程序設定的頻率，控制破拱輥軸減速電機正反轉的時間，以及配料室、均料室輥軸轉速，來實現物料輸送的破拱、均勻落料速度的控制。

4 設計流程

4.1 設計初始參數：

針對破碎后的工業布條固廢，查詢相關資料得知，該物料特性：

堆密度為ρ=0.3t/m3，物料安息角約為α=55°，尺寸為長度約3～10cm 的碎片，含水率約8%～15%，生產線規模1.5t/h，調速范圍30%～150%。

4.2 緩存料斗及破拱輥軸設計

料斗設計傾角需大于安息角，取60°（>55°），以增加物料流動性。為滿足事故狀態時的應急反應時間，緩沖料斗容積需考慮>15min 的額定產量。針對1.5t/h的處理量，緩沖料斗的容積取值范圍計算如下：

考慮較適宜的設備尺寸，選擇設計料斗為棱臺形狀，上下部長寬以及高度分別為L2250*B1400，L650*B600，高度取H1400。由此得到緩沖料斗容積V= 2.05m3，料斗棱臺最小α=62°，該容積量與料斗傾角滿足上訴緩沖時間以及安息角的要求。

4.3 配料輥軸設計

按設計要求，配料輥軸最大卸料量：Vmax=1.5×150%÷0.3=7.5m2/h。

旋轉芯輥軸使用外徑Φ159 mm 無縫碳鋼管；轉龍葉片與配料室內壁間隙取物料尺寸長度較小值30mm，即轉龍葉片外徑最大值為Φ520mm，容積系數取0.9。設計輥軸工作長度為L=540mm，由此可得配料輥軸每轉卸料量為： Vmax=π×（5001 -1592）÷4×540×0.9÷109=0.085 m2。

綜合工況填充系數取0.2，取輥軸最大轉速：

配料室輥軸考慮運行中可能卡死情況，側壁需設計手工清理的檢修門。

4.4 均料室輥軸設計

均料室輥軸設計轉速高于配料輥軸，設計原理為考慮物料下落時，均衡的平布于下方落料口的投影區域內。輥軸外徑為Φ400mm，有效長度同配料輥軸L=560mm；輥面上布置梳理齒片，齒片間距以物料尺寸為設計基準，并考慮下落時1.3 倍的不均衡系數，即間距為G=100×1.3=130mm。齒片在輥面上的分布軌跡，按正弦曲線分布。齒片高度取H=80mm。整個輥軸焊接有24 個翅片，以保證下落后的物料分布均勻。

4.5 驅動裝置的設計

緩存料倉的破拱輥軸，為實現較好的破拱功能，需要頻繁的正反轉。輥軸的轉速較低（額定轉速設計20r/min），考慮防止輥軸的工作場合安裝精度要求不高，存在軸向與徑向的沖擊力，設計采用擺線針輪型減速電機鏈條驅動的形式，實現本功能。擺線針輪減速機選用4極制動功能的防爆電機，n=1450r/min，減速比i1=23，功率P=2.2kW，需用轉矩T=201N.m，；驅動端鏈輪采用12A，Z1=16 齒鏈輪；從動端鏈輪采用12A，Z2=48 齒設計；結合擺線針輪的速比，整體減速比i=i1×Z2÷Z1=23×48÷16=69，最終額定轉速r=1450÷69=21r/min。

配料室輥軸運行轉速較低，可選用減速比較大，結構緊湊的空心軸蝸輪蝸桿減速電機。根據設計的額定轉速n=7.4r/min，選用帶制動功能的防爆4 極電機n=1450r/min，減速比i=194，功率P=1.5kW，需用轉矩T=1149 N.m，輸出轉速n1=7.4r/min。

均料室輥軸，無太大沖擊，同樣選擇結構緊湊的空心軸蝸輪蝸桿減速電機。額定轉速設計考慮為配料輥軸的2～4 倍，約為10～30r/min，以降低減速機尺寸。選用帶制動功能的防爆4 極電機n=1450r/min，減速比i1=60，功率P=1.1kW，需用轉矩T=311N.m，輸出轉速n1=23.3r/min。

5 結語

該套均勻給料裝置針對片狀布料固廢的特性，具有緩存、破拱、調速給料的功能。通過實踐已證明，能很好的配套流動性較差的工業固廢的均勻送料問題，使工業固廢處理的生產線實現流水化作業，提高了產線自動化程度。