楊寶平

（上海尚篩機(jī)械制造有限公司， 上海 201401）

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)民對(duì)食品的質(zhì)量要求也不斷提高，食品工業(yè)越來(lái)越得到國(guó)家和企業(yè)的重視。干燥和消毒作為食品領(lǐng)域的一個(gè)重要單元操作，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。干燥技術(shù)和消毒技術(shù)的發(fā)展也呈現(xiàn)出多樣化。借鑒其它領(lǐng)域的干燥技術(shù)，是發(fā)展干燥機(jī)的主要手段之一。立式振動(dòng)輸送機(jī)目前已經(jīng)是較為成熟的技術(shù)，它在許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。立式振動(dòng)干燥機(jī)就是在這一思路下產(chǎn)生的。它有著其它干燥機(jī)無(wú)法比擬的特點(diǎn)：占地面積??；輸送距離長(zhǎng)。但是目前所見(jiàn)的立式振動(dòng)干燥機(jī)基本上是敞口或半敞口結(jié)構(gòu)，不是很密閉的空間，輸送的距離還不夠長(zhǎng)，加熱的溫度不高，不符合目前食品生產(chǎn)的技術(shù)要求。還有市場(chǎng)上的消毒機(jī)以間歇操作為主，這樣很多食品無(wú)法進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，這也是需要改進(jìn)的地方 。應(yīng)上海一家食品膠體生產(chǎn)公司的要求，我公司開(kāi)發(fā)一種密閉管道式，輸送時(shí)間在8 min左右，流量在1～1.5 t左右的兼顧干燥和消毒的新型設(shè)備。經(jīng)過(guò)將近4個(gè)月左右的設(shè)計(jì)改進(jìn)，設(shè)備終于面市了。期間經(jīng)過(guò)生產(chǎn)上的驗(yàn)證，基本符合食品廠的要求。本文就此設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究探討。

1 原理與結(jié)構(gòu)

如圖1所示，立式管道輸送機(jī)主要由螺旋管道、振動(dòng)八角筒、電機(jī)底座、振動(dòng)電機(jī)、隔振彈簧、外加低壓高頻加熱管道系統(tǒng)、輔助蒸汽加熱系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等組成。兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)交叉布置，電機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生垂直方向的激振力和繞垂直軸線的激振扭矩，從而使螺旋管道沿鉛垂方向作上下直線振動(dòng)和繞大筒體鉛垂中心線作扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的合成。這個(gè)動(dòng)作使物料產(chǎn)生螺旋運(yùn)動(dòng)并沿管道底面向上作拋擲運(yùn)動(dòng)，達(dá)到輸送物料的目的。期間螺旋管道的高溫電加熱（100℃左右），管道外的蒸汽輔助加熱（130℃左右），從而既達(dá)到了干燥目的，又達(dá)到消毒目的。還有將物料提升了高度，為后續(xù)設(shè)備的安裝提供了方便，又節(jié)約了能源。

2 運(yùn)動(dòng)分析

干燥機(jī)效果體現(xiàn)在物料干燥的均勻性和熱效率，它又是評(píng)價(jià)干燥機(jī)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。在干燥條件相同的情況下，決定干燥均勻性的重要因素是物料在干燥機(jī)中停留的時(shí)間是否相等，即物料運(yùn)動(dòng)的速度相同，管道中不能有殘余。所以我們必須對(duì)立式振動(dòng)輸送機(jī)和管道內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。

2.1 立式振動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析

立式振動(dòng)輸送機(jī)的運(yùn)動(dòng)是垂直振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的合成，振動(dòng)位移的表達(dá)式為：

圖1 立式管道輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)

其速度表達(dá)式為（根據(jù)微積分運(yùn)算）：

其加速度表達(dá)式（根據(jù)微積分運(yùn)算）：

其中A——垂直方向最大振幅；

ψ——最大扭轉(zhuǎn)角度；

ω——振動(dòng)角速度；

根據(jù)數(shù)學(xué)公式，其扭轉(zhuǎn)位移A2=R*ψ。

其中：R——螺旋管路半徑；

結(jié)論：在振動(dòng)頻率一定的情況下，最大振幅與振動(dòng)力的大小，螺旋管路的直徑大小有關(guān)系。

2.2 物料的運(yùn)動(dòng)

立式振動(dòng)輸送中，決定物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)主要有電機(jī)振動(dòng)方向角，螺旋管路的升角，物料的拋擲指數(shù)，還有振動(dòng)頻率。

2.2.1 振動(dòng)方向角β

該角度為合成振動(dòng)方向與螺旋管路底面的夾角。其大小與兩電機(jī)的夾角有關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，兩電機(jī)角度為90度。如圖2所示。

圖2 振動(dòng)方向角

2.2.2 螺旋升角α

螺旋管路升角與螺紋升角類(lèi)似，是能否輸送物料的重要因素。升角太大，物料輸送的速度太慢，需要更大的振動(dòng)力，設(shè)備的成本加大。一般選擇升角在3～5度左右，保證保溫層安裝空間和加工精度。螺旋管路的各處螺距相同，各處螺旋升角是不一樣的，計(jì)算公式如下：

式中：P——管路螺距

r——管路的半徑

由公式（4）可看出，螺距是不變的，而半徑r是變化的，所以管路螺旋升角不是固定的，而是變化的。由于管子的直徑相對(duì)于管路直徑太小，物料運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互補(bǔ)償作用，所以這里可以認(rèn)為螺旋升角是不變的。

2.2.3 拋擲指數(shù)D

D是指垂直于管底方向的重力加速度與重力加速度的比值。

從上面式子可以得出，振動(dòng)輸送機(jī)的電機(jī)一旦選定后，拋擲指數(shù)與物料的位置無(wú)關(guān)，而只與螺旋管路的螺距有關(guān)。也可以得出，管路上任何一點(diǎn)都同步拋起。因此，拋擲指數(shù)可以以下面的方程表示：

2.2.4 輸送速度V

參考公式：

由此可知，當(dāng)設(shè)備的振動(dòng)電機(jī)選定后，若要保證物料每圈管路中停留的時(shí)間相同，必須保證每圈管路的螺距相等，這樣才能保證出來(lái)的產(chǎn)品受熱均勻，產(chǎn)品的質(zhì)量才能保證。這也說(shuō)明，在制造設(shè)備時(shí)，一定要保證制造的工藝，確保螺距相同。

通過(guò)對(duì)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)分析，在配置一定的情況下，螺距是唯一影響干燥機(jī)內(nèi)物料停留時(shí)間的因素。如果螺距一定的條件下，相應(yīng)地調(diào)整電機(jī)振動(dòng)力的大小就可以了，這對(duì)制造設(shè)備是大有益處的。

3 機(jī)械力學(xué)角度分析

3.1 計(jì)算振幅

其中：r——振幅；M——參振部分質(zhì)量，包括電機(jī)、管路、物料，筒體等；F——電機(jī)振動(dòng)力。

3.2 物料運(yùn)動(dòng)速度

根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)得出，與式（9）原理相同。

其中：

Ca——傾角對(duì)速度的影響速度

Ch——物料厚度影響系數(shù)

Cm——物料形狀系數(shù)

Cw——滑行運(yùn)動(dòng)影響系數(shù)

β——振動(dòng)方向角

通過(guò)式（14）和產(chǎn)量計(jì)算出物料在管道內(nèi)的厚度，控制在管子總高度的1/3左右。

4 熱力計(jì)算

4.1 總熱負(fù)荷

Q=Q1+Q2+Q3

Q1——物料從常溫加熱到90℃～100℃的所需熱量

Q2——物料內(nèi)失去的水分加熱到90℃～100℃的所需熱量及相應(yīng)汽化熱

Q3——損失熱量

4.2 提供熱源部分

低壓高頻加熱系統(tǒng)（在管道上的溫度控制在100℃），輔助蒸汽加熱系統(tǒng)。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)具有全密閉連續(xù)干燥和消毒的作用，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。通過(guò)調(diào)整振動(dòng)電機(jī)的激振力的大小，可以調(diào)節(jié)物料的流速，適應(yīng)不同批次物料的操作。另外該款干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)特殊性，可以在管道中增加輔料入口，做到一機(jī)多用。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在工廠使用，取得了良好的效果,提高了生產(chǎn)效率。