粉状物料结拱因素及破拱方法

李维强

（上海海丰米业有限公司，江苏 大丰 224153）

清糠仓内的物料在出料过程中， 有时会在出料口上方形成“料拱”， 即“结拱”或“架桥”。 料拱的形成是由于粉料之间的相互粘结或大块物料在出料时偶然连结所致。料拱是特别有害的因素，它不但破坏了料仓工作的可靠性， 导致物料流动的中断， 而且在破拱时物料塌下的瞬间还会对仓壁产生很大的压力，从而影响物料卸出，破坏散装机装卸的连续性。

1 粉状物料结拱因素

料仓中物料结拱有三个方面的因素： 一是料仓设计不合理，不适应物料本身的性质；二是料仓安装位置所限，不适应物料性质；三是物料的存储时间过长，在自重作用下固结，自行锁死。

1.1 料仓设计不合理

一般料仓上部结构为方形或圆形，下部呈锥形（圆锥或者是变截面）。由于物料在自身重力、含水量、粒度分布、粘性、休止角和与仓壁之间的摩擦系数等性质的综合影响下需要的锥面角度（半顶角）小于料仓设计的锥体角度（半顶角），以及料仓出口过小，从而导致了料仓中物料的结拱。可以说这种结拱是设计失误所致。

1.2 料仓安装位置所限

料仓作为整个生产系统中的一种设备， 其设计需要匹配整个生产系统的设计要求和运行经济性等指标，料仓的安装空间不会无限大，料仓的结构设计（半顶角、料斗大小和料斗形状等）就会受到一定的限制， 从而在某种程度上增加了料仓结拱几率。

1.3 物料的存储时间过长

由于物料存在“自压实”现象，物料的存储时间过长，没有及时清空，导致物料之间接触更紧密，流动性变差，严重时甚至会形成“板结”自行锁死。

2 物料的流动形式

物料的流动形式是料仓的流动性的外在体现。整体流和中心流作为这两种流动形式分别代表了料仓的不同流动性。整体流是指物料整体往下移动，均匀的排队流出卸料口，没有任何死区。这是比较理想的料仓流动形式。 中心流是指物料靠近料仓壁基本上形成死区不参与流动， 只是料仓中间部位的物料往出料口方向移动，流出料仓，形成中心流，也有的将中心流称之为“鼠洞”流，这种流动形式，降低了料仓的实际应用效果，生产效率低下。整体流是工艺实现过程中最理想的流动状态。预防结拱，就需要采取一定措施使物料成整体流动状态。

3 预防结拱

预防结拱需从三方面入手， 一是合理设计料仓的结构形式，二是选取合适的料仓材料，三是采取合适的料仓加工工艺。

3.1 结构形式

目前常见的料仓外形结构有圆筒、方形和矩形，在卸料截面积相同条件下， 形状不同的料仓结构卸料能力也不同，因为方形仓在交接处容易形成死角，而圆形仓无此弊病，并且圆形仓利于物料卸出，故圆形仓比方形仓和矩形仓结构圆滑，死角较少，在同样的面积下，圆形仓的流通性要好。料斗处尽量选用双曲线形式。针对物料的特性和现场安装空间。尽量加大出料口尺寸和选取合适的半顶角。 大型料仓要采用“减压锥”，或采用多出口等措施，使物料顺畅流出。 对易于固结的物料，在出料口上方设置挡板，使物料从挡板四周流向出料口， 这样减轻了出料口处的物料压力，减小了固结倾向，因此不易结拱。

3.2 材质

物料与仓壁的摩擦系数是影响物料流通性的众多因素之一，所以在保证料仓强度的要求、物料对料仓材质要求和参考经济性指标下， 尽量选用摩擦系数较小的材质。 改变料仓内壁的材料可以有效预防结拱，料仓的内壁表面材料越光滑，物料与料仓的摩擦力就会越小， 阻力也就越小， 物料就会越容易流动，从而一定程度上抑制结拱，因此，只要在满足强度的前提下， 采用不锈钢材质能降低仓内表面的摩擦系数，进而解决堵塞问题，降低物料与料仓内壁表面之间的滑动阻力，从而起到防拱作用。

3.3 科学的料仓加工工艺

在满足设计工艺和加工工艺要求的前提下，料斗的倾角尽量大，出料口尺寸也可以适当增大，另外料斗出口的形状最好设计为长方形， 因为长方形的出口比圆形出口不容易结拱，或者从某个角度出发，改进卸料装置，这些都可以有效防止结拱，采用一定的结构形式，使物料出口处处于一定的负压，从而使物料在自重的作用下顺畅流出。

对于一些储料容量比较大的料仓， 通常在料斗的中下部位置加改流体， 其作用就是改善料斗内物料的流动形态， 减轻物料在流出时对料仓出口的压力，改流体可以是水平的挡板、垂直的挡板或倾斜的挡板， 水平的挡板在长时间使用时上方会形成一个物料堆，容易变质结块。 为了防止这种情况发生，将挡板结构做成一个圆锥形，这就是常说的减压锥。减压锥下部会形成一个环形空间， 可以减少物料的压力， 垂直和倾斜的挡板可以消除部分物料间的横向压力，物料被分成几股料流分别流出，减小了它们间的摩擦力和剪切力，从而减少了结拱的可能性，使出口物料形态比较松散，有利于流出。

4 破拱方法

尽管在设计中采取了一定预防结拱措施， 但生产过程中还是会出现一定的结拱现象。 这就需要采用一定的破拱方案，使物料顺畅流动。

破拱的原理是消除或削弱料拱线垂直面上的压应力，减小物料之间，物料与仓壁之间的摩擦力。 常用的破拱方法有： 人工破拱、 机械振动法及其他措施。用机械的方式使料仓及仓内物料振动，可以有效地防止结拱。

4.1 人工破拱

当遇到起拱情况时，最传统，最原始的破拱办法是靠人工实现。 一般情况下在料仓卸料口的斜壁上预留若干个孔，一旦料仓起拱，即用工具插入仓内靠人工捅动，使物料拱卸落。 该方法简单方便灵活，费用低，但破拱效果差，而且人工疏通费时费力，劳动强度大，效率低，易污染环境，不能实现自动破拱，并且在疏通物料后，可能会有大量的物料下冲，易产生泄漏、粉尘污染等，存在很大的安全问题。 人工破拱在一些小型工厂或试验台等非自动化系统中还有出现，随着技术的进步，机械自动化程度的提高，各种新的破拱方法和破拱装置应运而生。

4.2 机械破拱

在料仓中加入搅拌设施，使物料动起来。有垂直式和水平式。

垂直式是指将带叶片的竖直轴放入仓中， 在电动机的作用下，叶片搅动着物料运动。水平式是指将带搅拌器的水平轴放入仓中，在电动机的作用下，叶片搅动着物料运动。优点是自动搅拌，使物料形成流动状态，缺点是消耗一定能源，有一定盲区。

4.3 振动破拱

机械振动破拱法有两种基本形式， 即振动仓壁和直接振动仓内的物料。 将振动器安装在料仓锥体部分的仓壁上，对仓壁进行振动，达到防拱破拱及清仓的目的。常用的振动器类型有气动式、电磁式和偏心旋转式三种。 气动活塞振动器是用锤头振打仓壁的外表面。电磁振动器与其类似，两者均垂直于仓壁产生振动。偏心旋转振动器结构较为复杂，它是将高速旋转的偏心块产生的惯性力传递给仓壁使之产生振动。 与其他类型振动器相比，其振幅小、频率高。

另一种破拱的方法是直接振动仓内物料。 这种设备叫做“仓底振动卸料器”。 振动卸料器不但能够通过振动防拱破拱， 而且在一定范围内可以通过改变工作参数来调节物料卸出量。 其振动频率一般在25～50 Hz 之间。 需要注意的是，采用机械振动法破拱出仓时， 振动器最好与料仓闸门或给料机连锁起来，使振动器只在闸门打开时才工作。如果振动器在闸门关闭时工作， 料仓下部的物料可能会因受振而变得更加密实，出仓更加困难。

5 结论

对于料仓的使用来说, 防止“结拱”是主要的、积极的；而破拱是消极的，是防“结拱”无效时所采取的必要补救措施。 如果我们能在仓型和卸料孔设计上，较好按防结拱要求去做，就能最大限度地防止或减少“结拱”现象。“结拱” 现象产生的原因是极其复杂的，诸如物料含水率、物料的粒度、物料贮存时间、物料表面形状、物料密实度、物料的内、外摩擦系数、料仓的材质等，均会对物料“结拱”产生影响。本文仅对“结拱”及破拱措施初步探讨。 由于料仓结拱的问题比较突出，很多厂家都设计了一些破拱方案，甚至申请了专利。但是各有优缺点，目前各个方案都有自己的适用场合和不利场所。 破拱仍需业内同行针对不同的物料和适用场合进行探索。