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摘 要：在化学工业中，无论是在生产过程，或是在成品的造粒方面，散体物料的输送是一个重要的工序环节。但是，某些物料由于其物理性质、化学性质等原因，往往容易在料仓或输送过程中出现“架桥”的现象，对生产的连续性造成了影响，甚至降低了产品的质量。本文阐述了MH系列再生造粒机的工作原理及在生产PVDF（聚偏二氟乙烯）再生粒料时送料机构中所遇到的“架桥”问题，分析了“架桥”问题产生的原因并综合各方面因素提出了改进的方案，经过实践后，最终解决了问题。
关键词：再生造粒机；送料机构；架桥；PVDF
引言
再生造粒机是现代薄膜生产企业生产线结构的重要一环，其能把生产薄膜时产生的废弃边角料进行循环利用，制造出具有一定形状的粒料。质量好的再生粒料与新的原料按照一定比例混合后生产出来的薄膜，与用100%新原料生产出来的薄膜相比，外观及性能相近，不会对薄膜质量造成过大的影响。因此，再生造粒机对降低产品成本有着极其重要的作用，原料的价格越高，再生造粒机的作用就越大。我公司着手研发生产PVDF薄膜，其原料价格较高，为了降低成本，引进了MH系列再生造粒机。但是，此再生造粒机在生产再生粒料的过程中，送料机构却出现“架桥”现象，即物料在加料口上方形成一个拱形的料塞，造成进料不均甚至中断，对再生粒料的质量造成了较大的影响。为了解决这个问题，我们對送料机构进行了改进，改进后彻底解决了送料时出现“架桥”的问题，生产出了高质量的再生粒料。
1 MH系列再生造粒机的工作原理概述
MH系列再生造粒机的结构如图1.1所示，生产线生产剩余的边角料经过破碎机，破碎成大小不一的膜碎，膜碎通过吸料风机a抽进储料罐a里。当储料罐a里存够一定量的膜碎后，就可以开始造粒了。送料机构结构如图1.2所示，开动储料罐a里的搅拌，当搅拌旋转到喂料通道进口时，膜碎依靠自身重力下落到达喂料螺杆处。喂料螺杆旋转把膜碎送进主螺杆。膜碎经过主螺杆的压缩及剪切后发热，并自动粘结成条，经过出口模板及切粒刀，切割出具有一定形状的再生粒料。但刚切割完的再生粒料温度较高，若不经过冷却直接存入料袋，则会粘结成一团。所以，刚切割出来的再生粒料，会通过吸料风机b抽进储料罐b，并在此过程中冷却再生粒料。
2 在生产过程中送料机构遇到的问题
在生产再生粒料时，开启储料罐1的搅拌、喂料螺杆电机、主螺杆电机等后，刚开始的二十分钟，料流顺畅，主机电流维持在34A左右，经过切粒刀切割后的粒料大小均匀。但是，随着时间的推移，渐渐地，主机电流开始降低，出来的粒料越来越松散，并伴随着较多的粉末飞出，加大喂料螺杆旋转速度，也没有效果。再渐渐地，主机电流降为26A，也即是空载时的电流，此时已经没有再生粒料出来了。
之所以出现此问题，我们怀疑是送料机构落料不畅所造成的，因此在送料机构外壁安装了有机玻璃观察落料情况。经过观察，我们发现，落料一段时间后，膜碎会在图2.1的位置①及位置②形成“架桥”，阻碍膜碎的下落，并最终使下料中断。此问题严重影响了再生造粒机的生产连续性及再生粒料的产品质量。
3 送料机构“架桥”形成的原因分析
3.1 散体物料在料仓内“架桥”的原因很多，主要影响因素包括：
1、散体物料的内摩擦力、内聚力和外摩擦力：内摩擦力和内聚力使物料产生的剪切应力造成一定的整体强度，阻碍颗粒位移，使物料流动性变差。因此内摩擦力和内聚力越大，“架桥”趋势越大；散体物料与料仓内壁间的摩擦力越大，物料越难于在料仓内流动。所以外摩擦力越大，形成洞拱或盲孔的趋势越大，即料仓内壁越粗糙越容易“架桥”。
2、物料粒度、形状和湿度：物料粒度越大，形状越不规则，“架桥”趋势越大，但物料粒度越细，即细粉状物料，由于其内摩擦力和内聚力大幅度增加而比颗粒物料更容易“架桥”；物料含水量增加时，由于水分子的极化作用，物料内聚力增大，流动性变差，固结性增大，“架桥”的可能性也随之增大。
3、料仓的几何形状：方形料仓较圆形料仓易于“架桥”；直棱角较圆角易于“架桥”；对称形料仓较非对称形料仓易于“架桥”；倾角小的料仓较倾角大的料仓易于“架桥”；单个排料口较多个排料口易于“架桥”。
3.2 PVDF薄膜边料碎屑的性能分析
一般输送物料的材料性质可归纳为：粒度大小、形状及密度；物理性质、化学性质、电性质和温度对材料的影响 [1] 。由于在此输送过程中，均在常温下进行，也没有发生化学反应，所以，本论文将不考虑薄膜边料碎屑的化学性质和温度对材料的影响。由于本再生造粒机的原厂配置是根据PP、PE等较为普通的塑料薄膜设计的，所以，本论文将对PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）和PVDF作出比较分析。
粒度大小：边料粉碎后，碎屑的颗粒大小由薄膜粉碎机的筛网决定，筛网的网孔大，破碎后的碎屑粒度就大，松密度就低，这会影响到后续物料的输送、储存和加料的困难；筛网的网孔小，破碎后的碎屑粒度就小。所以破碎机筛网的网孔大小是重要的影响因素。本再生造粒机原厂配备的破碎机筛网的网孔大小为Φ12mm，破碎后的薄膜碎屑粒度较大，不利于物料的输送。
颗粒形状及不规则度：颗粒的形状及不规则度将影响物料的输送和加料性能。圆形颗粒具有较好的流动性，而不规则形状的颗粒的流动性则较差。由于PVDF薄膜是采用流延法生产的，其厚度只有0.01～0.03mm，所以薄膜边料破碎后，碎屑的颗粒形状应该为薄片状或不规则的形状，对于输送或加料有一定的困难。
空隙度：空隙度是指散粒材料在某堆积体积中，填充层中未被颗粒占据的空间体积与包含空间在内的整个填充层表现体积之比，其表示方法如下[2]：
空隙度与颗粒群的堆积状态有关，它是物料流动性的标志。一般来说，空隙度数值越小，其堆积密度越大，物料流动性越差。通过测算，可以发现PVDF薄膜碎屑的空隙度比PP薄膜碎屑的要小，因此其流动性也较差。 休止角：休止角是表征散粒物料流动性的一个常用参数，指的是散粒物料自然堆成的圆锥状料堆表面与水平面的夹角。休止角的大小决定着流动性的大小，流动性和休止角的关系如表3.1所示[1]。经过测定，PVDF薄膜碎屑的休止角为50°左右。
摩擦系数：薄膜碎屑输送时，都会受到摩擦力的影响，阻碍其流动。摩擦系数越大，所受的摩擦力也就越大，输送起来越困难。在输送过程中，会受到两个摩擦阻力，一个是薄膜与薄膜之间的摩擦力，一个是薄膜与金属壁之间的摩擦力。一般的PVDF的薄膜与薄膜之间的摩擦系数为0.5左右，而一般的BOPP（双向拉伸聚丙烯）的薄膜与薄膜之间的摩擦系数在0.2～0.35，显然，输送时，PVDF薄膜碎屑在输送过程中受的摩擦力会比PP大。
电性质：薄膜碎屑在输送的过程，由于薄膜碎屑之间、薄膜碎屑与金属之间的互相摩擦，会产生静电，增加了薄膜碎屑之间、薄膜碎屑与金属内壁之间的附着力，使输送起来更加困难。
综上所述，虽然此再生造粒机的参数是根据PP、PE等薄膜设计的，送料机构在输送PP、PE等薄膜碎屑时不会出现“架桥”的问题，但是，由于PVDF薄膜与PP、PE薄膜有性能上的差异，导致了送料机构“架桥”问题的出现。因此，需对再生造粒机进行改进，以解决此问题。
4 MH系列再生造粒機的改进
由于生产的需要，只能在现有条件下进行改进，若改动太大，改造时间将会过长，影响生产。同时，还应当考虑节约成本，以最简单最经济的方式去解决问题，还要结合PVDF的特性、现场空间等方面综合考虑，在不影响再生粒料成品质量的前提下完成改造。
4.1 破碎机筛网的改进
破碎后的碎屑粒度大，松密度就低，会影响到后续物料的输送、储存和加料的困难；反之，破碎后的碎屑粒度小，则更有利于物料的输送。所以，可以缩小破碎机筛网孔的尺寸。但是，若破碎后的碎屑粒度太小，成为粉状，由于其内摩擦力及内聚力的大幅度增加，反而会更容易形成“架桥”，因此，筛网孔的缩小要适度，由原厂配置的Φ12mm的筛网孔缩小到了Φ6mm。
缩小筛网孔的尺寸后，虽然有利于薄膜碎屑的输送，但是，仍然不足以彻底解决“架桥”的问题，还需要对其他部分进行改进。
4.2 落料管道的改进
一般情况下，增加出料口尺寸或加大料仓倾角，能减少外摩擦力，有利于物料的输送。此再生造粒机的落料管道分为上下两段，图2.1位置①的“架桥”发生在上段，可通过改变落料管道的形状的方法来改善此问题。若增大上段出料口尺寸，则下段进料口尺寸、出料口尺寸以及与下段连接的喂料螺筒的进料口尺寸都可能需要改动，改动过大，改造成本高。因此，与增大上段出料口尺寸相对，在保证足够的落料量的前提下，缩小进料口尺寸，同样也能达到相同的效果。改进后的落料管道如图4.1所示，此改进简单，只需重新制作安装一段落料管道即可，成本低廉，而且效果显著。经过改进后，上段落料管不再出现“架桥”的问题。
4.3 送料机构中增加机械破拱装置
解决了图2.1位置①的“架桥”问题后，还剩下位置②的“架桥”问题需要解决。经过观察，此“架桥”发生在喂料螺杆上方10mm左右的地方，即喂料螺筒内。由于架桥位置距下段落料管较远，即使改进落料管下段，也不会有显著的效果。若改动喂料螺筒，由于喂料螺筒的材料为铸铁，需要重新铸造，成本较高，且喂料螺杆等也可能需要随之改动。因此，落料管及喂料螺筒都保持原有状态，在送料机构中增加机械破拱装置，而且这破拱装置的作用范围需要覆盖喂料螺筒中出现“架桥”的地方。
考虑送料机构空间、装置作用范围、成本等多方面因素，设计出了如图4.2的方案。在原机的减速箱上安装气缸安装板及气缸，推杆装在气缸上，推杆上连接一个打散叉，打散叉的正面外形如图4.3所示，打散叉的最下端伸到“架桥”部位的下方。气缸的进出气口均连上调速阀，并通过换向阀控制气缸的推进及缩回，还用双设定时间继电器控制换向阀的动作时间。当出现“架桥”时，气缸的A端进气，带动推杆及打散叉推进，打散叉作用于“架桥”了的薄膜碎屑，使其与金属壁分离，“架桥”失去了下方最稳固的根基，薄膜碎屑依靠自身重力坠落到喂料螺杆处完成喂料。之后通过双设定时间继电器控制换向阀实现打散叉的缩回，并用双设定时间继电器控制下一次气缸推杆的推进，依此循环动作，不断的打断“架桥”，实现薄膜碎屑的连续通畅喂料。
此机械破拱装置相对于其他一般的机械破拱装置有以下几个优点：（1）结构简单，安装方便。只需新增安装板、气缸、打散叉和一些电器元件即可完成，而且安装位置能利用原机的减速箱安装孔位。（2）成本低廉，耗能低。相对于一般的用电机和减速箱作驱动的机械破拱装置，此破拱装置只需气缸即可，成本大大的降低了。而其动力为生产线上所使用的压缩空气，取用方便。（3）作用范围广。一般的作圆周运动的机械破拱装置，由于受限于送料机构的空间，只能作用于 “架桥”的一部分范围。而此装置的气缸每走一个行程，能作用于 “架桥”的全部范围，更能有效地打断“架桥”。
5 结束语
本文所述的MH系列再生造粒机送料机构的改造方案，经过生产实践证明，能够有效改善MH系列再生造粒机在生产PVDF再生粒料时送料机构出现“架桥”现象的问题，实现了连续生产，并改善了再生粒料的产品质量。
参考文献
[1]张荣善.散料输送与贮存[M].北京：化学工业出版社，1996.
[2]杜滨，刘宗明，等.粉体性能对浓相气力输送特性的影响[J].中国粉体技术，2008，（1）：53
关键词：再生造粒机；送料机构；架桥；PVDF
引言
再生造粒机是现代薄膜生产企业生产线结构的重要一环，其能把生产薄膜时产生的废弃边角料进行循环利用，制造出具有一定形状的粒料。质量好的再生粒料与新的原料按照一定比例混合后生产出来的薄膜，与用100%新原料生产出来的薄膜相比，外观及性能相近，不会对薄膜质量造成过大的影响。因此，再生造粒机对降低产品成本有着极其重要的作用，原料的价格越高，再生造粒机的作用就越大。我公司着手研发生产PVDF薄膜，其原料价格较高，为了降低成本，引进了MH系列再生造粒机。但是，此再生造粒机在生产再生粒料的过程中，送料机构却出现“架桥”现象，即物料在加料口上方形成一个拱形的料塞，造成进料不均甚至中断，对再生粒料的质量造成了较大的影响。为了解决这个问题，我们對送料机构进行了改进，改进后彻底解决了送料时出现“架桥”的问题，生产出了高质量的再生粒料。
1 MH系列再生造粒机的工作原理概述
MH系列再生造粒机的结构如图1.1所示，生产线生产剩余的边角料经过破碎机，破碎成大小不一的膜碎，膜碎通过吸料风机a抽进储料罐a里。当储料罐a里存够一定量的膜碎后，就可以开始造粒了。送料机构结构如图1.2所示，开动储料罐a里的搅拌，当搅拌旋转到喂料通道进口时，膜碎依靠自身重力下落到达喂料螺杆处。喂料螺杆旋转把膜碎送进主螺杆。膜碎经过主螺杆的压缩及剪切后发热，并自动粘结成条，经过出口模板及切粒刀，切割出具有一定形状的再生粒料。但刚切割完的再生粒料温度较高，若不经过冷却直接存入料袋，则会粘结成一团。所以，刚切割出来的再生粒料，会通过吸料风机b抽进储料罐b，并在此过程中冷却再生粒料。
2 在生产过程中送料机构遇到的问题
在生产再生粒料时，开启储料罐1的搅拌、喂料螺杆电机、主螺杆电机等后，刚开始的二十分钟，料流顺畅，主机电流维持在34A左右，经过切粒刀切割后的粒料大小均匀。但是，随着时间的推移，渐渐地，主机电流开始降低，出来的粒料越来越松散，并伴随着较多的粉末飞出，加大喂料螺杆旋转速度，也没有效果。再渐渐地，主机电流降为26A，也即是空载时的电流，此时已经没有再生粒料出来了。
之所以出现此问题，我们怀疑是送料机构落料不畅所造成的，因此在送料机构外壁安装了有机玻璃观察落料情况。经过观察，我们发现，落料一段时间后，膜碎会在图2.1的位置①及位置②形成“架桥”，阻碍膜碎的下落，并最终使下料中断。此问题严重影响了再生造粒机的生产连续性及再生粒料的产品质量。
3 送料机构“架桥”形成的原因分析
3.1 散体物料在料仓内“架桥”的原因很多，主要影响因素包括：
1、散体物料的内摩擦力、内聚力和外摩擦力：内摩擦力和内聚力使物料产生的剪切应力造成一定的整体强度，阻碍颗粒位移，使物料流动性变差。因此内摩擦力和内聚力越大，“架桥”趋势越大；散体物料与料仓内壁间的摩擦力越大，物料越难于在料仓内流动。所以外摩擦力越大，形成洞拱或盲孔的趋势越大，即料仓内壁越粗糙越容易“架桥”。
2、物料粒度、形状和湿度：物料粒度越大，形状越不规则，“架桥”趋势越大，但物料粒度越细，即细粉状物料，由于其内摩擦力和内聚力大幅度增加而比颗粒物料更容易“架桥”；物料含水量增加时，由于水分子的极化作用，物料内聚力增大，流动性变差，固结性增大，“架桥”的可能性也随之增大。
3、料仓的几何形状：方形料仓较圆形料仓易于“架桥”；直棱角较圆角易于“架桥”；对称形料仓较非对称形料仓易于“架桥”；倾角小的料仓较倾角大的料仓易于“架桥”；单个排料口较多个排料口易于“架桥”。
3.2 PVDF薄膜边料碎屑的性能分析
一般输送物料的材料性质可归纳为：粒度大小、形状及密度；物理性质、化学性质、电性质和温度对材料的影响 [1] 。由于在此输送过程中，均在常温下进行，也没有发生化学反应，所以，本论文将不考虑薄膜边料碎屑的化学性质和温度对材料的影响。由于本再生造粒机的原厂配置是根据PP、PE等较为普通的塑料薄膜设计的，所以，本论文将对PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）和PVDF作出比较分析。
粒度大小：边料粉碎后，碎屑的颗粒大小由薄膜粉碎机的筛网决定，筛网的网孔大，破碎后的碎屑粒度就大，松密度就低，这会影响到后续物料的输送、储存和加料的困难；筛网的网孔小，破碎后的碎屑粒度就小。所以破碎机筛网的网孔大小是重要的影响因素。本再生造粒机原厂配备的破碎机筛网的网孔大小为Φ12mm，破碎后的薄膜碎屑粒度较大，不利于物料的输送。
颗粒形状及不规则度：颗粒的形状及不规则度将影响物料的输送和加料性能。圆形颗粒具有较好的流动性，而不规则形状的颗粒的流动性则较差。由于PVDF薄膜是采用流延法生产的，其厚度只有0.01～0.03mm，所以薄膜边料破碎后，碎屑的颗粒形状应该为薄片状或不规则的形状，对于输送或加料有一定的困难。
空隙度：空隙度是指散粒材料在某堆积体积中，填充层中未被颗粒占据的空间体积与包含空间在内的整个填充层表现体积之比，其表示方法如下[2]：
空隙度与颗粒群的堆积状态有关，它是物料流动性的标志。一般来说，空隙度数值越小，其堆积密度越大，物料流动性越差。通过测算，可以发现PVDF薄膜碎屑的空隙度比PP薄膜碎屑的要小，因此其流动性也较差。 休止角：休止角是表征散粒物料流动性的一个常用参数，指的是散粒物料自然堆成的圆锥状料堆表面与水平面的夹角。休止角的大小决定着流动性的大小，流动性和休止角的关系如表3.1所示[1]。经过测定，PVDF薄膜碎屑的休止角为50°左右。
摩擦系数：薄膜碎屑输送时，都会受到摩擦力的影响，阻碍其流动。摩擦系数越大，所受的摩擦力也就越大，输送起来越困难。在输送过程中，会受到两个摩擦阻力，一个是薄膜与薄膜之间的摩擦力，一个是薄膜与金属壁之间的摩擦力。一般的PVDF的薄膜与薄膜之间的摩擦系数为0.5左右，而一般的BOPP（双向拉伸聚丙烯）的薄膜与薄膜之间的摩擦系数在0.2～0.35，显然，输送时，PVDF薄膜碎屑在输送过程中受的摩擦力会比PP大。
电性质：薄膜碎屑在输送的过程，由于薄膜碎屑之间、薄膜碎屑与金属之间的互相摩擦，会产生静电，增加了薄膜碎屑之间、薄膜碎屑与金属内壁之间的附着力，使输送起来更加困难。
综上所述，虽然此再生造粒机的参数是根据PP、PE等薄膜设计的，送料机构在输送PP、PE等薄膜碎屑时不会出现“架桥”的问题，但是，由于PVDF薄膜与PP、PE薄膜有性能上的差异，导致了送料机构“架桥”问题的出现。因此，需对再生造粒机进行改进，以解决此问题。
4 MH系列再生造粒機的改进
由于生产的需要，只能在现有条件下进行改进，若改动太大，改造时间将会过长，影响生产。同时，还应当考虑节约成本，以最简单最经济的方式去解决问题，还要结合PVDF的特性、现场空间等方面综合考虑，在不影响再生粒料成品质量的前提下完成改造。
4.1 破碎机筛网的改进
破碎后的碎屑粒度大，松密度就低，会影响到后续物料的输送、储存和加料的困难；反之，破碎后的碎屑粒度小，则更有利于物料的输送。所以，可以缩小破碎机筛网孔的尺寸。但是，若破碎后的碎屑粒度太小，成为粉状，由于其内摩擦力及内聚力的大幅度增加，反而会更容易形成“架桥”，因此，筛网孔的缩小要适度，由原厂配置的Φ12mm的筛网孔缩小到了Φ6mm。
缩小筛网孔的尺寸后，虽然有利于薄膜碎屑的输送，但是，仍然不足以彻底解决“架桥”的问题，还需要对其他部分进行改进。
4.2 落料管道的改进
一般情况下，增加出料口尺寸或加大料仓倾角，能减少外摩擦力，有利于物料的输送。此再生造粒机的落料管道分为上下两段，图2.1位置①的“架桥”发生在上段，可通过改变落料管道的形状的方法来改善此问题。若增大上段出料口尺寸，则下段进料口尺寸、出料口尺寸以及与下段连接的喂料螺筒的进料口尺寸都可能需要改动，改动过大，改造成本高。因此，与增大上段出料口尺寸相对，在保证足够的落料量的前提下，缩小进料口尺寸，同样也能达到相同的效果。改进后的落料管道如图4.1所示，此改进简单，只需重新制作安装一段落料管道即可，成本低廉，而且效果显著。经过改进后，上段落料管不再出现“架桥”的问题。
4.3 送料机构中增加机械破拱装置
解决了图2.1位置①的“架桥”问题后，还剩下位置②的“架桥”问题需要解决。经过观察，此“架桥”发生在喂料螺杆上方10mm左右的地方，即喂料螺筒内。由于架桥位置距下段落料管较远，即使改进落料管下段，也不会有显著的效果。若改动喂料螺筒，由于喂料螺筒的材料为铸铁，需要重新铸造，成本较高，且喂料螺杆等也可能需要随之改动。因此，落料管及喂料螺筒都保持原有状态，在送料机构中增加机械破拱装置，而且这破拱装置的作用范围需要覆盖喂料螺筒中出现“架桥”的地方。
考虑送料机构空间、装置作用范围、成本等多方面因素，设计出了如图4.2的方案。在原机的减速箱上安装气缸安装板及气缸，推杆装在气缸上，推杆上连接一个打散叉，打散叉的正面外形如图4.3所示，打散叉的最下端伸到“架桥”部位的下方。气缸的进出气口均连上调速阀，并通过换向阀控制气缸的推进及缩回，还用双设定时间继电器控制换向阀的动作时间。当出现“架桥”时，气缸的A端进气，带动推杆及打散叉推进，打散叉作用于“架桥”了的薄膜碎屑，使其与金属壁分离，“架桥”失去了下方最稳固的根基，薄膜碎屑依靠自身重力坠落到喂料螺杆处完成喂料。之后通过双设定时间继电器控制换向阀实现打散叉的缩回，并用双设定时间继电器控制下一次气缸推杆的推进，依此循环动作，不断的打断“架桥”，实现薄膜碎屑的连续通畅喂料。
此机械破拱装置相对于其他一般的机械破拱装置有以下几个优点：（1）结构简单，安装方便。只需新增安装板、气缸、打散叉和一些电器元件即可完成，而且安装位置能利用原机的减速箱安装孔位。（2）成本低廉，耗能低。相对于一般的用电机和减速箱作驱动的机械破拱装置，此破拱装置只需气缸即可，成本大大的降低了。而其动力为生产线上所使用的压缩空气，取用方便。（3）作用范围广。一般的作圆周运动的机械破拱装置，由于受限于送料机构的空间，只能作用于 “架桥”的一部分范围。而此装置的气缸每走一个行程，能作用于 “架桥”的全部范围，更能有效地打断“架桥”。
5 结束语
本文所述的MH系列再生造粒机送料机构的改造方案，经过生产实践证明，能够有效改善MH系列再生造粒机在生产PVDF再生粒料时送料机构出现“架桥”现象的问题，实现了连续生产，并改善了再生粒料的产品质量。
参考文献
[1]张荣善.散料输送与贮存[M].北京：化学工业出版社，1996.
[2]杜滨，刘宗明，等.粉体性能对浓相气力输送特性的影响[J].中国粉体技术，2008，（1）：53