楊寶平

（上海尚篩機(jī)械制造有限公司， 上海 201401）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國民對食品的質(zhì)量要求也不斷提高，食品工業(yè)越來越得到國家和企業(yè)的重視。干燥和消毒作為食品領(lǐng)域的一個重要單元操作，得到了越來越廣泛的應(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)無法比擬的特點(diǎn)：占地面積??；輸送距離長。但是目前所見的立式振動干燥機(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，加熱的溫度不高，不符合目前食品生產(chǎn)的技術(shù)要求。還有市場上的消毒機(jī)以間歇操作為主，這樣很多食品無法進(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，我公司開發(fā)一種密閉管道式，輸送時間在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)過將近4個月左右的設(shè)計改進(jìn)，設(shè)備終于面市了。期間經(jīng)過生產(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、振動八角筒、電機(jī)底座、振動電機(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。兩臺振動電機(jī)交叉布置，電機(jī)回轉(zhuǎn)時將產(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和繞大筒體鉛垂中心線作扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的合成。這個動作使物料產(chǎn)生螺旋運(yùn)動并沿管道底面向上作拋擲運(yùn)動，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，它又是評價干燥機(jī)優(yōu)劣的一個重要指標(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)中停留的時間是否相等，即物料運(yùn)動的速度相同，管道中不能有殘余。所以我們必須對立式振動輸送機(jī)和管道內(nèi)物料的運(yùn)動進(jìn)行研究。

2.1 立式振動機(jī)的運(yùn)動分析

立式振動輸送機(jī)的運(yùn)動是垂直振動和扭轉(zhuǎn)振動的合成，振動位移的表達(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：在振動頻率一定的情況下，最大振幅與振動力的大小，螺旋管路的直徑大小有關(guān)系。

2.2 物料的運(yùn)動

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

2.2.1 振動方向角β

該角度為合成振動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，一般來說，兩電機(jī)角度為90度。如圖2所示。

圖2 振動方向角

2.2.2 螺旋升角α

螺旋管路升角與螺紋升角類似，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于管路直徑太小，物料運(yùn)動時的相互補(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)備的振動電機(jī)選定后，若要保證物料每圈管路中停留的時間相同，必須保證每圈管路的螺距相等，這樣才能保證出來的產(chǎn)品受熱均勻，產(chǎn)品的質(zhì)量才能保證。這也說明，在制造設(shè)備時，一定要保證制造的工藝，確保螺距相同。

通過對設(shè)備的運(yùn)動分析，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)振動力的大小就可以了，這對制造設(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)振動力。

3.2 物料運(yùn)動速度

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)動影響系數(shù)

β——振動方向角

通過式（14）和產(chǎn)量計算出物料在管道內(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。通過調(diào)整振動電機(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。