在料倉(cāng)的設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)涉及到料倉(cāng)內(nèi)物料結(jié)拱現(xiàn)象,當(dāng)料倉(cāng)內(nèi)水分過(guò)高或當(dāng)物料為不易流動(dòng)的物料時(shí)，往往在料斗的出料口附近，容易出現(xiàn)起拱現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響物料的流動(dòng)，導(dǎo)致倉(cāng)料無(wú)法正常供應(yīng)。為此本文將分別介紹料倉(cāng)的設(shè)計(jì)要求、物料在料倉(cāng)內(nèi)的流動(dòng)形式、結(jié)拱原因、防拱和破拱技術(shù)，以及相關(guān)專(zhuān)利。 

一、料倉(cāng)要求及物料流動(dòng) 

料倉(cāng)不只是儲(chǔ)放物料的容器，更重要的是要具備相關(guān)的工藝功能。因此，料倉(cāng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足以下三方面的要求：能儲(chǔ)存規(guī)定數(shù)量的倉(cāng)料；有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受料倉(cāng)內(nèi)物料所產(chǎn)生的壓力以及外屆自然環(huán)境可能施加在料倉(cāng)上的力；在從料倉(cāng)卸料時(shí)，物料能夠順暢而均衡地從料倉(cāng)出口流出，且出料速度均勻可控。 

物料在料倉(cāng)中的流動(dòng)性，是料倉(cāng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。實(shí)際生產(chǎn)中有的料倉(cāng)不能很好地排料，從而出現(xiàn)結(jié)拱現(xiàn)象，引起嚴(yán)重的堵塞，有的形成管斗(也叫鼠洞)，使得料倉(cāng)中大部分料不能排除，大大降低料倉(cāng)的儲(chǔ)料功能，這種的現(xiàn)象出現(xiàn)從很大程度上講是因?yàn)榱蟼}(cāng)內(nèi)物料的流動(dòng)性差所致。據(jù)目前歸類(lèi)總結(jié)，我們可以把料倉(cāng)內(nèi)物體的流動(dòng)形式主要分為兩種：整體流動(dòng)和中心流動(dòng)。 

（一）整體流動(dòng) 

所謂的整體流動(dòng)就是指：卸料時(shí)所有物料均向卸料口流動(dòng)，不存在“死區(qū)”，料位均勻下降，卸料流動(dòng)穩(wěn)定均勻。理想的料流形態(tài)應(yīng)為整體流動(dòng)，這樣保證了物料以先進(jìn)先出的順序均勻卸出，而且具有卸料速率穩(wěn)定，卸料密度均勻，倉(cāng)料儲(chǔ)存時(shí)間基本一致等優(yōu)點(diǎn)。 

（二）中心流動(dòng) 

中心流動(dòng)即卸料開(kāi)始時(shí)，只有位于庫(kù)頂?shù)奈锪咸幱谶\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，位于四周的物料向中心滑動(dòng)、下降，形成中心通道，這樣一來(lái)，只有中心部位的物料向卸料口流動(dòng)，在該“流動(dòng)區(qū)”以外的部分為流動(dòng)“死區(qū)”。中心流動(dòng)主要特點(diǎn)：

①先進(jìn)后出的流動(dòng)順序。因?yàn)閭}(cāng)壁附近的物料可能靜止不流動(dòng)，所以先進(jìn)倉(cāng)的物料有可能后出來(lái)。

②產(chǎn)生鼠洞。由于出現(xiàn)漏斗流，如果物料有足夠的黏性，倉(cāng)壁附近的物料就不會(huì)流出。

③不均衡流動(dòng)。漏斗流料倉(cāng)中，四周的物料是靠超過(guò)物體本身的休止角而塌落下來(lái)的，所以卸料時(shí)是不均衡的，此外塌落料的沖擊力會(huì)進(jìn)一步壓實(shí)料倉(cāng)出料口的物料并使之結(jié)拱。

④涌流。如果所儲(chǔ)存的物料粒度很細(xì)，塌下來(lái)時(shí)會(huì)氣化，使其流動(dòng)性能變得和流體一樣好，從而由料倉(cāng)出口涌出。

⑤分層。由于漏斗流料倉(cāng)卸料時(shí)是中部和四周的物料不規(guī)則地交替流出，料倉(cāng)加料時(shí)形成分層問(wèn)題。 

影響物料流動(dòng)性因素主要有兩點(diǎn)：物料性質(zhì)和料斗形狀。 

1.物料性質(zhì)是影響料倉(cāng)流動(dòng)性的最主要因素，具體有下列幾個(gè)方面：穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)物料與內(nèi)壁的摩擦系數(shù)；物料與倉(cāng)壁的靜摩擦角；壓實(shí)性，與料倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)存物料的高度有關(guān)；透氣性，如果物料顆粒很細(xì)時(shí)，物料透氣性變差，物料在倉(cāng)內(nèi)形成負(fù)壓，在料倉(cāng)出口處形成結(jié)拱。 

2.料斗形狀的影響主要體現(xiàn)在料斗傾角、料斗大小和料斗形狀三方面：料斗的傾角大，料流的速度較快，流動(dòng)的形態(tài)主要是整體流，當(dāng)料斗的傾角較小時(shí)，料倉(cāng)流出的速度也較慢，尤其是靠近倉(cāng)壁處速度可能為零，形成中心流動(dòng)；料斗的出料口越小，料倉(cāng)的流速也越小，并有可能結(jié)拱，料倉(cāng)下部接近料斗處結(jié)拱也會(huì)越嚴(yán)重；料斗出口的形狀也是影響物料流動(dòng)性的一個(gè)因素，圓形的出口比長(zhǎng)方形出口更容易結(jié)拱。

二、結(jié)拱原因及其類(lèi)型 

結(jié)拱的因素很多，其主要因素有三點(diǎn)：物料儲(chǔ)存時(shí)間的過(guò)長(zhǎng)，水分增加導(dǎo)致物料結(jié)塊；物料與倉(cāng)壁的黏著作用；料倉(cāng)的結(jié)構(gòu)造型，導(dǎo)致物料無(wú)法順利流通，局部會(huì)因?yàn)閴毫^(guò)大而結(jié)拱。 

（一）、存儲(chǔ)時(shí)間的影響 

在一般情況下存儲(chǔ)時(shí)間越長(zhǎng),物料的壓實(shí)性越強(qiáng)，同時(shí)由于密封性等原因使得內(nèi)部濕度增加，導(dǎo)致倉(cāng)料的流動(dòng)性變差,也就越容易形成拱。因此，我們要在一定程度上降低倉(cāng)料儲(chǔ)存的時(shí)間，同時(shí)料倉(cāng)儲(chǔ)存量要合理，在生產(chǎn)調(diào)度中，合理掌握料庫(kù)儲(chǔ)量，并安排料庫(kù)搭配使用，不致因物料存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而造成壓縮起拱，使物料無(wú)法卸出。 

（二）、物料與倉(cāng)壁的黏著性影響 

由于物料與倉(cāng)壁之間存在黏著性，致使物料粘附在料倉(cāng)內(nèi)壁，導(dǎo)致結(jié)拱。目前有采用超高分子量聚乙烯板作為料倉(cāng)的襯里，利用其優(yōu)異的機(jī)械性能，降低物料與料倉(cāng)內(nèi)表面間的阻力，從而起到一定防結(jié)拱的作用。 

（三）、料倉(cāng)的結(jié)構(gòu)對(duì)物料結(jié)拱的影響 

料倉(cāng)結(jié)構(gòu)主要就是影響物料的流動(dòng)性和壓實(shí)性，這在前面已經(jīng)介紹過(guò)。 料倉(cāng)結(jié)拱的類(lèi)型主要有四種：

a.壓縮拱，即粉體因受到壓力的作用，使固結(jié)強(qiáng)度增加而導(dǎo)致結(jié)拱；

b.楔形拱，顆粒狀物相互嚙合達(dá)到力平衡狀態(tài)所形成的料拱；

c.粘結(jié)粘附拱，粘結(jié)性強(qiáng)的物料在含水、吸潮或靜電作用下而增強(qiáng)了物料

與倉(cāng)壁的粘附力形成的料拱；

e.氣壓平衡拱，料倉(cāng)回轉(zhuǎn)卸料器因氣密性差，導(dǎo)致空氣瀉入料倉(cāng)，當(dāng)上下氣壓達(dá)到平衡時(shí)所形成的料拱。 

d.物料在料倉(cāng)內(nèi)粘結(jié)掛壁，層層堆積，形成倉(cāng)容減小，造成結(jié)拱堵塞。

三、防拱與破拱措施 

防拱和破拱有著本質(zhì)上的區(qū)別，防拱目的就是防止結(jié)拱，宗旨是消除或削弱料拱線(xiàn)垂直面上的壓應(yīng)力，減小物料之間，物料與倉(cāng)壁之間的摩擦力，以及改善物料的流動(dòng)性。而破拱是在結(jié)拱后，研究如何進(jìn)行破碎，主要是借助外力把已結(jié)的拱從力學(xué)角度進(jìn)行破碎。破拱裝置的破拱原理，主要是使倉(cāng)壁振動(dòng)而使物料運(yùn)動(dòng)，有的利用氣力來(lái)破壞拱的形成,在使用時(shí)要注意使破拱裝置的動(dòng)作與卸料動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。破拱裝置對(duì)破拱能起一定作用，但只能作輔助性措施。因此我個(gè)人認(rèn)為研究防拱技術(shù)意義要大于破拱技術(shù)。 

（一）防拱技術(shù) 

1、改變料倉(cāng)的內(nèi)壁材料 

改變料倉(cāng)內(nèi)壁的材料可有效防拱，因?yàn)榱蟼}(cāng)的內(nèi)壁材料越光滑，與倉(cāng)料的摩擦力就會(huì)越小，這樣它們就會(huì)越容易流動(dòng)，從而一定程度上抑制結(jié)拱。因此，我們要在滿(mǎn)足強(qiáng)度的前提下，盡量選擇摩擦因數(shù)較小的材料作為料倉(cāng)的內(nèi)壁。目前通常采用超高分子量聚乙烯板作為倉(cāng)的襯里，利用其優(yōu)異的機(jī)械性能，降低料與倉(cāng)表面之間的滑動(dòng)阻力，從而起到防拱的作用。作為種新型的工程材料，它具有以下性能： 

（1）表面活化能低，具有不粘結(jié)性能；

（2）耐磨性好，抗沖擊強(qiáng)度大；

（3）摩擦系數(shù)很低，自潤(rùn)滑性能好； 

（4）耐腐蝕，耐低溫，即使在時(shí)仍具有較高的抗沖擊性。

2、改善料倉(cāng)外形結(jié)構(gòu) 

目前常見(jiàn)的料倉(cāng)外形結(jié)構(gòu)有圓筒、方形和矩形，在卸料截面積相同條件下,形狀不同的倉(cāng)卸料能力也不同, 因?yàn)榉叫蝹}(cāng)在交接處容易形成死角，而圓形的無(wú)此弊病，故圓形倉(cāng)卸料能力最大,方形倉(cāng)次之,矩形倉(cāng)最小。

3、卸料口的改善 

滿(mǎn)足設(shè)計(jì)工藝和加工工藝要求的前提下，料斗的傾角盡量大，出料口尺寸也可以適當(dāng)增大，另外料斗出口的形狀最好設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形，因?yàn)殚L(zhǎng)方形的出口比圓形的出口更不容易結(jié)拱?；蛘邚哪硞€(gè)角度出發(fā)，改進(jìn)卸料裝置，這些都可以有效防止結(jié)拱。 

4、錐形料斗的形狀改變 

改善錐形卸料都的形狀可以有效減小倉(cāng)料與倉(cāng)壁的壓力，從而減小它們之間的摩擦力。該方法也可以成為表面改形法，從倉(cāng)斗各部位截面收縮率的角度分析，倉(cāng)斗的縱截面曲線(xiàn)形狀對(duì)煤的流動(dòng)狀態(tài)有一定的影響。對(duì)于平壁料倉(cāng)，其傾角一般固定，越是接近出口截面的收縮率越大，應(yīng)力越集巾，因此越容易起拱。而雙曲線(xiàn)料倉(cāng)壁為等截面收縮率，其壁而的變化呈指數(shù)曲線(xiàn)的軌跡，壁面傾角是變化的，越接近出口傾角越大，煤在下落流動(dòng)的過(guò)程中阻力基本不變，從而可形成均勻的連續(xù)流，不易起拱。實(shí)踐證明，采用雙曲線(xiàn)料倉(cāng)可以有效的防止起拱。另外還有一種造型稱(chēng)為鼻形倉(cāng)，它是一個(gè)特殊形狀的料倉(cāng)，它的倉(cāng)壁凸出像“鼻子”，它能將物料的壓力分散，而使“鼻子”下面的出料口物料成松散狀態(tài)。在鼻尖下面的倉(cāng)壁承受壓力較大，必須加厚否則會(huì)發(fā)生破裂。

5、增加內(nèi)部輔助裝置 

對(duì)于一些儲(chǔ)料較大的料倉(cāng)，通常在料斗的中下部加改流體，它的作用就是改善料斗內(nèi)粉體的流動(dòng)形態(tài)，減輕物料對(duì)料倉(cāng)出口處的壓力。改流體可以是水平的擋板、垂直的擋板或傾斜的擋板。由于水平的擋板上方會(huì)形成一個(gè)物料堆，時(shí)間長(zhǎng)容易變質(zhì)結(jié)塊，為了防止這種情況發(fā)生，將擋板做成一個(gè)圓錐形，這就是常說(shuō)的減壓錐。減壓錐下部會(huì)形成一個(gè)環(huán)形空間，可以減少物料的壓力。垂直和傾斜的擋板可以消除部分物料間的橫向壓力，物料被分成幾股料流，它們間的摩擦力和剪切力減小。嵌入體的安裝與固定方法可以用鋼絲繩吊在煤倉(cāng)上部的橫梁上或用三腳架固定在漏斗斜壁上。該法僅適用于淺倉(cāng)。保證倉(cāng)底足夠的傾斜角適當(dāng)?shù)丶哟髠}(cāng)底的傾斜角，有利于料倉(cāng)順利出料。但若倉(cāng)底太陡，粘性的出口偏側(cè)配置的料倉(cāng)，由于其出口偏側(cè)配置至少利用了一側(cè)直壁，這樣就至少減少了由一側(cè)所產(chǎn)生的結(jié)拱力，從而減少了結(jié)拱的可能性，使出口物料比較松散，有利于排出。如容量較大的料倉(cāng)可設(shè)2個(gè)或4個(gè)以上出口。 

（二）破拱技術(shù) 

1、人工破拱法 

人工破拱法,一般情況下是在料倉(cāng)放料口的斜壁上預(yù)留若干個(gè)孔,一旦料倉(cāng)起拱,即用工具插入倉(cāng)內(nèi)捅動(dòng),使料拱陷落。該方法最為原始，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,費(fèi)用低優(yōu)點(diǎn),但破拱效果差，而且人工疏通費(fèi)時(shí)費(fèi)力勞動(dòng)強(qiáng)度大，影響生產(chǎn)時(shí)度，易污染環(huán)境，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)破拱，并且在疏通物料后，可能會(huì)有大量的物料下沖，存在很大的安全問(wèn)題。

2、振動(dòng)破拱 

振動(dòng)法破拱有兩種基本形式，即振動(dòng)倉(cāng)壁和直接振動(dòng)倉(cāng)內(nèi)的物料。振動(dòng)倉(cāng)壁就是將振動(dòng)器安裝在料倉(cāng)錐體部分的倉(cāng)壁上，對(duì)倉(cāng)壁進(jìn)行振動(dòng)，達(dá)到防拱破拱及清倉(cāng)的目的。例如：氣動(dòng)活塞振動(dòng)器是用錘頭振打倉(cāng)壁的外表面；電磁振動(dòng)器與其類(lèi)似，兩者均垂直于倉(cāng)壁產(chǎn)生振動(dòng)；偏心旋轉(zhuǎn)振動(dòng)器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，它是將高速旋轉(zhuǎn)的偏心塊產(chǎn)生的慣性力傳遞給倉(cāng)壁使之產(chǎn)生振動(dòng)，與其他類(lèi)型振動(dòng)器相比，其振幅小、頻率高。直接振動(dòng)倉(cāng)內(nèi)物料是指攪動(dòng)倉(cāng)料使其有較好的流動(dòng)性，或給結(jié)拱的倉(cāng)料某一方向上的力使拱破碎。例如：振動(dòng)卸料器不但能夠通過(guò)振動(dòng)防拱破拱，而且在一定范圍內(nèi)可以通過(guò)改變工作參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)物料卸出量。需要注意的是，采用機(jī)械振動(dòng)法破拱出倉(cāng)時(shí)，振動(dòng)器最好與料倉(cāng)閘門(mén)或給料機(jī)連鎖起來(lái)，使振動(dòng)器只在閘門(mén)打開(kāi)時(shí)才工作。如果振動(dòng)器在閘門(mén)關(guān)閉時(shí)工作，料倉(cāng)下部的物料可能會(huì)因受振而變得更加密實(shí)，使出倉(cāng)更困難。

 （1）、氣動(dòng)活塞振動(dòng)破拱 

氣動(dòng)活塞振動(dòng)器是用壓縮空氣推動(dòng)活塞（錘頭）振打倉(cāng)壁。其工作原理是振動(dòng)器內(nèi)有一個(gè)活塞，活塞內(nèi)部有導(dǎo)氣孔，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入后，由活塞導(dǎo)氣至一端產(chǎn)生推力，推動(dòng)氣缸往另一端，如此利用活塞導(dǎo)氣孔與本體位置的變化，使活塞在本體內(nèi)產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，透過(guò)本體而傳遞振動(dòng)力?；钊\(yùn)行時(shí)會(huì)在兩端各有一定的空間存在壓縮空氣。所以活塞不會(huì)直接撞擊本體。該形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉，但產(chǎn)生的振擊力有限，而且由于不斷振擊器壁，也將損害料倉(cāng)，進(jìn)而影響料倉(cāng)的使用壽命。

（2）、電磁振動(dòng)破拱 

電磁振動(dòng)器是用產(chǎn)生的電磁力作為動(dòng)力。銜鐵和錘頭連成一體，激磁線(xiàn)圈通電后，銜鐵被吸向鐵芯，錘頭即振打倉(cāng)壁。斷電后，錘頭靠重力或彈簧復(fù)位。與氣動(dòng)活塞振動(dòng)器作用類(lèi)似，兩者均垂直于倉(cāng)壁產(chǎn)生振動(dòng)，倉(cāng)壁的受力情況較好，但也同樣存在振擊力和噪聲問(wèn)題