泄壓平衡在真空上料系統中的技術改造實踐

張定國　戢兵　林俊杰　馮波

摘? ?要： 真空上料機是利用真空原理特制的物料輸送設備，真空條件下容易出現內部物料不平衡現象，導致物料流動不順暢、粉塵泄漏等問題。通過對真空上料系統工作原理進行觀察和分析，發現不平衡問題是下料閥門打開后新和舊物料間的碰撞和氣體紊亂流動導致的。提出泄壓平衡系統改造方案：首先，計算得出優化的管道內徑為6.2 mm;其次，針對物料差異產生的物料空層問題，在吸料口支撐架處設計一個泄壓孔徑為30 mm的排氣孔。技術改造后實驗證明：空氣能夠快速回流，使得物料流動均衡和快速;擠壓力釋放速度加快，避免了98%的粉塵泄漏。技術改造項目提高了車間生產穩定性需求和粉塵控制水平，極大地改善了車間作業環境。

關鍵詞： 真空上料系統;泄壓平衡;粉塵泄漏;物料;技術改造

中圖分類號：TU834.6+1? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2095-8412 （2020） 01-065-04

工業技術創新 URL： http： //www.china-iti.com? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.013

引言

真空上料機是湯臣倍健股份有限公司（以下簡稱“我司”）利用真空發生器實現物料輸送的一種設備，可以將物料從容器直接輸送至高速壓片機，能夠減輕勞動強度，一定程度上杜絕粉塵污染，保證生產過程符合生產質量管理規范（GMP）[1]要求。然而，真空上料系統也存在一定的問題，如密封空間內部壓力不平衡會導致物料流動不順暢、粉塵泄漏等問題。文獻[2]詳細地闡述了固體的慣性和流體的壓縮性：物體質量越大，慣性也越大;作用在流體上的壓力變化可引起流體的體積變化和密度變化。但是，文獻[2]并沒有充分考慮到由不同配方制備的物料存在的流動性差異（即粘度差異）。

針對我司真空上料系統中出現的問題，本文提出一種泄壓平衡改造方案，并應用于實踐，結果足以提高車間生產穩定性需求和粉塵控制水平，技術改造效果良好。

1? 工作原理與問題分析

1.1? 工作原理

當按下真空上料機的“開/關”按鍵時，壓縮空氣進入真空發生器，同時料斗的放料門在氣缸推動下關閉，料斗中產生真空。

真空上料機在真空下形成一股氣流，在這股氣流的作用下，被輸送的物料經軟管輸送到真空料斗中。一定時間（上料時間，可調節）后，壓縮空氣停止供應，真空發生器停止產生真空，同時料斗的放料門在氣缸推動下開啟，真空上料機真空消失，物料從放料門自動進入高速壓片機兩端的料斗中。

一定時間（放料時間，可調節）后，壓縮空氣重新供應，真空發生器產生真空，放料門關閉，真空上料機再次加料。周而復始，物料被源源不斷地送入受料設備中。真空上料機具有料位控制功能，受料設備的料斗中的物料通過物料探頭完成自動加料。當料位高于物料探頭感應位置時，真空上料機停止動作，進入待機狀態;當料位低于物料探頭感應位置時，真空上料機自動啟動，完成對壓片機的加料。

1.2? 問題分析

當空氣夾雜在物料中一起被真空吸入裝物料的密閉腔體時，腔體內狹小的空間內會造成嚴重的粉塵飄揚。當吸料停止時，下料閥門打開，物料向下傾瀉，垂直降落，與兩邊料斗下料管道中原有的物料形成碰撞，使物料流動性變差，生產穩定性降低，質量無法得到充分保證，再加上重力作用使氣體的體積變小、氣壓增大，氣體紊亂流動，使粉塵從料斗與分流管道連接的密封圈處噴出，令整個操作間粉塵彌漫。

2? 泄壓平衡改造

改造前，真空上料機由物料探頭、閥門執行器、真空發生器、吸料口、下料管道組成;改造后，增加了排氣軟管和三通回流管道。

為了解決下料過程氣體無法及時排出的問題[3-4]，技術員對真空吸料真空度、風速、壓力、物料堆積密度等參數進行了設計。

2.1? 管道內徑確定

首先確定管道內徑[5]，分析過程如表1所示。

2.2? 泄壓孔徑確定

根據表1，連通系統管道內徑設計為6.2 cm為最優。但設計完成后，在生產過程中出現了新的問題，即物料差異產生了不同的壓力，發生了物料空層現象，導致壓片過程中物料無法及時下降，被迫停機。這時既需要在系統中的某個點釋放一部分氣體，也要平衡系統整體壓力，故考慮在連接處鉆開一個泄壓孔，使內部受到擠壓的、紊亂流動的空氣瞬間流出，形成有規律的、由下至上的循環流動。為此在部門領導和同事的帶領下，采用頭腦風暴法對泄壓孔進行設計[6]，分析過程如表2所示。

2.3? 實物改造

章節2.2根據伯努利方程計算出理論泄壓孔徑為30 mm。根據實際情況，在吸料口支撐架處設計一個排氣孔，局部及整體示意圖如圖3所示。

2.4? 結構設計

根據理論計算和實物改造[7]，繪制出具有泄壓平衡功能的真空上料系統，如圖4所示。

3? 改造后的效果分析

結合應用效果得知，當吸料停止時，下料閥門打開，物料向下傾瀉，垂直降落，與兩邊料斗下料管道中原有的物料形成碰撞。過多的空氣相互擠壓，形成混亂的壓力，但空氣由新增的排氣口通過排氣軟管快速地回流，使得物料在通過下料管道時流動很快，受擠壓的空氣與物料自動分流，物料流動性好，能夠滿足快速生產需求、保證產品質量，而且由于擠壓力釋放很快，粉塵有98%的比例不會再從料斗與分流管道連接的密封圈處噴出。改造后物料和空氣的流動方向如圖5所示。

4? 結束語

改造前曾根據生產現狀向廠家提出咨詢，廠家沒有相應改進裝置提供。本著我司提出的“低成本自動化，自主研發”要求對原有結構進行了研究，醞釀出各種方案，最終選擇了“平衡泄壓，管道回流”方案。雖然管道設計較為簡單，但滿足了車間生產穩定性需求和粉塵控制要求。經過9～10個月的投入使用，設備生產全品種穩定性較好，車間無粉塵飄揚，解決了粉塵過多的問題，極大地改善了作業環境。

參考文獻

[1] 李平， 易路遙， 王衫， 等. 國產保健食品質量標準現狀概述[J]. 中國藥事， 2013， 27（6）：? 648650.

[2] 劉鶴年， 劉京. 流體力學： 第三版[M]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2016.

[3] 王增麗， 申迎峰， 王宗明， 等. 流體機械性能測試及模擬系統設計[J]. 實驗技術與管 理， 2018（4）： 106-109， 139.

[4] 王孟剛. 制藥機械設備設計研發中的問題分析[J]. 黑龍江科學， 2019， 10（2）： 110-111.

[5] 陳鳳祥. 自動控制原理教學之Matlab控制系統工具箱函數使用[J]. 教育教學論壇， 2017（3）： 204-206.

[6] 徐茂功. 公差配合與技術測量[M]. 北京： 機械工業出版社， 2013.

[7] 唐建成. 機械制圖及CAD基礎[M]. 北京： 北京理工大學出版社， 2013.

作者簡介：

張定國（1985—），通信作者，男，廣東興寧人，大專，工程師1級。主要研究方向：制藥類設備的應用與維修。

E-mail： 420901253@qq.com

（收稿日期：2019-12-09）

Technological Transformation Practice of Pressure Relief Balance in Vacuum Feeding System

ZHANG Ding-guo， ZHE Bing， LIN Jun-jie， FENG Bo

（By-Health Co.， Ltd.， Zhuhai 519040， China）

Abstract： Vacuum feeder is the special material conveying equipment based on the vacuum principle. Under the vacuum， it is prone to internal material imbalance， resulting in problems including unsmooth material flow and dust leakage. By observing and analyzing the working principle of the vacuum feeding system， it is found that the cause of the imbalance lies in the collision between the new/old materials and the disordered flow of gas after the opening of the feeding valve. A systematical pressure relief balance transformation scheme is put forward： first， the optimized inner diameter of the pipeline is calculated to be 6.2 mm; secondly， in view of the material gap caused by the material variance， a vent with a pressure relief aperture of 30 mm is designed at the support frame of the material suction port. After the technological transformation， the experiment proves that the air can flow back quickly， which makes the material flow in balance and quickly; the release speed of extrusion pressure is accelerated， which avoids 98% of the dust leakage. The technological transformation scheme improves the workshop production stability and dust control level， which greatly improve the workshop working environment.

Key words： Vacuum Feeding System; Pressure Relief Balance; Dust Leakage; Material; Technological Transformation