趙 峰，劉建華，惲利軍，江玉琦，梁彥兵

（1.中糧工科金麥科技（無錫）有限公司，江蘇 無錫 214035；2.無錫中糧工程科技有限公司，江蘇 無錫 214035；3.中糧工程裝備（張家口）有限公司，河北 張家口 076250）

在酒廠和食品廠顆粒物料、粉狀物料的輸送過程中，通常有水平和垂直兩個方向。合理選用良好技術性能和正常技術狀態(tài)的輸送設備，不僅影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，而且影響企業(yè)勞動條件和環(huán)境保護等[1]。目前水平輸送一般采用帶式輸送機、刮板輸送機或螺旋輸送機等，垂直方向物料提升一般采用斗式提升機或螺旋輸送機等設備實現(xiàn)，盡管帶式輸送機、刮板輸送機和螺旋輸送機也都能按照一定角度傾斜安裝或者做成彎帶式輸送機和彎刮板輸送機，但是均不適用于大角度的傾斜安裝，且在工藝處理上比較復雜，難以滿足使用要求。單臺Z型提升機可以同時完成水平輸送、垂直輸送、多點進料和多點出料等輸送散裝物料任務，并且可以實現(xiàn)水平輸送到垂直輸送的90°輸送方向改變。目前Z型提升機多用于稱重包裝的供料、色選機的供料、復選供料以及自動化生產(chǎn)線的立體循環(huán)上下供料等，涉及糧油食品、寵物食品、化工醫(yī)藥、五金電料和包裝等多個行業(yè)。

1 結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 主要結(jié)構(gòu)

Z型提升機的結(jié)構(gòu)主要由喂料裝置、驅(qū)動裝置、輸送裝置、卸料裝置、張緊裝置、殼體和控制系統(tǒng)等組成。Z型提升機只是對該類型提升機的一個統(tǒng)稱，Z型提升機適用范圍廣泛，輸送形式多變?？梢宰龀蒀型，甚至于做成多個90°轉(zhuǎn)向的樓梯形式。其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

Z型提升機沿工藝輸送路徑布置兩條平行且同步運行的專用鏈條，兩條鏈條之間安裝有誘導畚斗，鏈條由減速電機驅(qū)動。經(jīng)喂料裝置中的投料斗投料后，物料經(jīng)喂料裝置進入到誘導畚斗中，誘導畚斗隨著輸送鏈條的運行對物料進行輸送。其中在輸送過程中誘導畚斗始終保持水平狀態(tài)，防止畚斗內(nèi)物料拋灑。

2 Z型提升機的結(jié)構(gòu)分析

2.1 喂料裝置

喂料裝置是物料進入Z型提升機的關鍵，喂料裝置的喂料速度和喂料方式直接影響著設備產(chǎn)量和效率。常用的Z型提升機喂料形式有兩種。一種是振動喂料器喂料，一種是葉輪喂料器喂料。

2.1.1振動喂料裝置

振動喂料裝置由投料斗、支腿、電磁振動給料器和調(diào)節(jié)支腿等組成，電磁振動給料器由電磁振動器和振動喂料斗組成，如圖2所示。投料斗位于振動喂料器的上方，與振動喂料器有一定的間隙，可以通過調(diào)節(jié)支腿的高度來調(diào)整投料斗和振動喂料器之間的間隙。振動喂料器下方安裝有電磁振動器，電磁振動給料器安裝在殼體上：①由振動喂料槽和振動喂料器內(nèi)物料組成盛料部分；②由電磁振動器的線圈、鐵芯、銜鐵、主振彈簧和殼體等組成振動部分。兩質(zhì)量體由兩根彈簧組裝在一起形成了一個雙質(zhì)量定向強迫振動彈性系統(tǒng)，根據(jù)諧振原理，當給料機的自有頻率與電磁激振頻率相接近時，整個系統(tǒng)產(chǎn)生共振，此時振幅最大；反之振幅最小[2-4]。

在投料斗上投料后，物料進入到振動喂料器，經(jīng)過振動喂料器的振動，物料均勻地沿振動喂料槽的右側(cè)進入到誘導畚斗中實現(xiàn)喂料，可以通過調(diào)節(jié)電磁振動器的振幅來調(diào)整振動喂料斗的振動幅度，進而調(diào)節(jié)喂料產(chǎn)量，該喂料裝置產(chǎn)量調(diào)整比較方便，而且產(chǎn)量的調(diào)整是連續(xù)的。由于喂料是連續(xù)動態(tài)進行的，在畚斗的邊緣上會有留有物料，盡管會在喂料后的殼體段設置擋料板清除畚斗邊緣的積料，但是難以清除干凈，往往在輸送過程會有部分物料撒落。

2.1.2葉輪喂料裝置

葉輪喂料裝置主要由進料口、鏈輪、葉輪、喂料器殼體和出料口組成，如圖3所示。葉輪喂料裝置的鏈輪是由輸送鏈條驅(qū)動的，不用單獨配置動力。葉輪由6個葉片和軸組成，葉片和殼體將葉輪喂料器腔體均分成6個小腔體，葉輪邊緣開口尺寸a小于誘導畚斗寬度尺寸b，葉輪厚度c大于兩誘導畚斗邊緣尺寸d，并且每個小腔體的容積是誘導畚斗容積的0.7～0.8。

圖3 葉輪喂料裝置圖

在設計時需要注意葉輪的直徑和葉輪喂料器的鏈輪大小相匹配，這樣葉輪外圓的線速度和鏈條的線速度就一致。安裝時葉輪的小腔體正好對應誘導畚斗，這樣在使用過程中無論鏈速高低，卸料時葉輪每個小容積內(nèi)物料始終是卸到一個誘導畚斗中，不會有物料卸到誘導畚斗外或邊緣處，杜絕了Z型提升機撒料的發(fā)生。葉輪喂料裝置喂料穩(wěn)定，但是制作上較振動喂料裝置復雜，成本較高，并且單純依靠葉輪喂料裝置本身不能調(diào)整喂料產(chǎn)量。

2.2 驅(qū)動裝置

Z型提升機的動力選擇電動機，連接減速機減速，再配合以鏈傳動或帶傳動做二級減速。二級減速選用帶傳動時，其優(yōu)點是傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、造價低、無需潤滑及吸振等；缺點是啟動瞬間或者皮帶松弛的情況下容易出現(xiàn)皮帶打滑，線速度出現(xiàn)偏差。二級減速選用鏈傳動時，其優(yōu)點是鏈輪受力好，承載能力大，傳動比準確，具有一定緩沖和減振性能，且適合于工況比較復雜環(huán)境；缺點是運行時有噪音，需定期潤滑，磨損后不及時張緊會發(fā)生跳齒[5-6]。在二級傳動的過程中，可以配以扭力限制器，當因堵料造成過載或者因機械故障造成設備負載超過設定值時，扭力限制器會以打滑的形式來限制所傳動的扭矩，當過載情況消失后自動恢復聯(lián)結(jié)。這樣可以防止設備損壞，避免了不必要的停機。

2.3 輸送裝置

輸送裝置主要由鏈輪、鏈條和誘導畚斗組成。鏈條是采用的專用鏈條，在鏈板側(cè)面有供誘導畚斗安裝的安裝柱銷。鏈條的路徑是根據(jù)物料輸送的工藝要求進行布置的，組成一個回環(huán)。頭部鏈輪和尾部鏈輪使鏈條完成180°轉(zhuǎn)向，中間的鏈輪使鏈條完成90°轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)了水平輸送和垂直輸送的互換。無論是在水平輸送還是在垂直輸送過程中誘導畚斗都是處于水平狀態(tài)，這個也是由于誘導畚斗的獨特設計實現(xiàn)的，誘導畚斗兩側(cè)安裝在兩條平行且同步運行鏈條的鏈板安裝柱銷上，可自由轉(zhuǎn)動，其重心位置自然靠下，在輸送過程中誘導畚斗就是一個行走的雙耳吊藍，該畚斗無論垂直還是水平輸送保證了輸送物料的不撒、不漏。

2.4 卸料裝置

卸料裝置分為兩種，單出口卸料裝置和多出口卸料裝置。多出口卸料裝置如圖4所示。主要由誘導板、連桿機構(gòu)和氣缸組成。某卸料口不卸料時，氣缸呈伸長狀態(tài)，誘導板不與誘導畚斗相接觸，誘導畚斗水平狀態(tài)通過；該卸料口卸料時，氣缸收回，誘導板在連桿機構(gòu)的作用下上升，誘導板的上部曲面與誘導畚斗側(cè)面的誘導面相接觸，使誘導畚斗沿輸送方向旋轉(zhuǎn)90°進行卸料，誘導板上部誘導面有一定的長度可以使誘導畚斗與誘導面接觸，保持畚斗旋轉(zhuǎn)90°的狀態(tài)一定的時間，保證完全卸料。單出口卸料裝置的誘導板是固定的，沒有氣缸和連桿機構(gòu)，在畚斗通過卸料口時完成卸料。

圖4 中間卸料裝置圖

2.5 張緊裝置

Z型提升機采用鏈條輸送的形式時，隨著鏈條在使用過程中的磨損、伸長，需要設置張緊裝置，并設置一個比較合理的張緊行程，保證鏈條鏈輪磨損后的嚙合性能，同時也便于安裝與拆卸。一般張緊行程X可按式（1）選定：

式中：X為張緊行程；P為輸送鏈條節(jié)距。

當提升機很長時，可以適當?shù)丶哟髲埦o行程。常用的張緊方式有3種，即螺桿張緊、彈簧張緊和重力張緊[7]。

2.5.1螺桿張緊

螺桿張緊是使用最廣泛的張緊方式，一般適用于短距離輸送的Z型提升機。螺桿張緊一般在鏈輪的兩側(cè)各設置一根T型螺桿，手動旋轉(zhuǎn)螺桿實現(xiàn)張緊調(diào)節(jié)。有兩種運動方式：一種是螺母固定，T型螺桿旋轉(zhuǎn)并前后移動；第二種是T型螺桿只旋轉(zhuǎn)不移動，螺母實現(xiàn)調(diào)節(jié)的前后移動。按照螺桿的受力方向，又分為螺桿受壓力和受拉力兩種形式。目前，大多數(shù)螺桿張緊的鏈式輸送機采用的是螺桿受壓方式。螺桿張緊的優(yōu)點是尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，調(diào)節(jié)方便、可靠。缺點是沒有自動調(diào)節(jié)功能，需要人工定期進行維護，并且在張緊時，要求兩根螺桿需要同時張緊且張緊距離一致，不能出現(xiàn)張得過緊或過松，對維護工人的技術水平要求較高。

2.5.2彈簧張緊

彈簧張緊結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)鎖緊棘齒、外鎖緊棘齒、移動裝置和中間墻板組成，其中移動裝置由螺桿、螺母、壓縮彈簧和尾軸組成，如圖5所示。中間墻板和殼體相連，螺桿的一端安裝在中間墻板上，另外一端安裝有壓縮彈簧，通過調(diào)節(jié)螺母可以調(diào)節(jié)壓縮彈簧在張緊時的張緊力。當Z型提升機使用一段時間后，隨著鏈條和鏈輪磨損時，鏈條變得松弛，壓縮彈簧伸長，內(nèi)鎖緊棘齒向右移動，外鎖緊棘齒抬起，當伸長一齒時外鎖緊棘齒重新落下鎖緊，以此來實現(xiàn)自動張緊。彈簧張緊的優(yōu)點是可以實現(xiàn)在一定范圍內(nèi)的調(diào)整，由于彈簧的彈性作用，當鏈條的牽引力減少時，彈簧會伸長，使鏈條始終處于一種合理的張緊狀態(tài)，這一功能是螺桿式張緊無法實現(xiàn)的。其缺點是結(jié)構(gòu)比較復雜，彈簧選擇必須合理，不同長度的Z型提升機需要配備相應的壓縮彈簧，剛性太大或太小均不能很好地起到應有的作用，而且由于增加了一個壓縮彈簧，使尾部的長度增加，占地空間和成本也隨之增加。

圖5 彈簧張緊圖

2.5.3重力張緊

重力張緊是根據(jù)Z型輸送距離在尾部鏈輪處設置一定重量的配重來實現(xiàn)的，由于是靠配重的重力，所以要求高度有足夠的安裝空間，分為配重在地上和地下兩種。重力張緊能夠自動的保持鏈條的牽引力恒定，但是結(jié)構(gòu)比較復雜且龐大，適用于大型的長距離的Z型提升機。

2.6 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是Z型提升機的“大腦”，控制著Z型提升機的運行，并能及時反饋運行狀態(tài)。Z型提升機有手動功能和自動功能。檔位開關撥到手動狀態(tài)，可以手動啟停設備，適用于檢修和調(diào)試；檔位開關撥到自動狀態(tài)，可以連接到中控室，按照設置的控制程序運行。對于振動喂料的Z型提升機可以在控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)電磁振動器的振幅，振幅的大小會影響Z型提升機的輸送量，可以根據(jù)生產(chǎn)需求在一定范圍內(nèi)調(diào)整。除了調(diào)節(jié)振動器的振幅調(diào)節(jié)輸送量外，也可以通過調(diào)節(jié)提升鏈速來調(diào)整輸送量，直接旋轉(zhuǎn)控制面板上的變頻器的調(diào)節(jié)檔位即可。對于葉輪喂料裝置的Z型提升機僅能通過調(diào)整鏈速來調(diào)整輸送產(chǎn)量。

3 結(jié)語

Z型提升機各裝置部件根據(jù)其優(yōu)缺點可靈活運用，布置形式多樣，可同時完成水平和垂直輸送散裝物料，并可實現(xiàn)多點進料和多點出料，粒狀物料輸送時不易破碎，設備應用范圍廣、適應能力強，是一種很好的物料輸送設備。