1821_無級變速螺旋給料器的設(shè)計(jì)

1821_無級變速螺旋給料器的設(shè)計(jì),無級,變速,螺旋,料器,設(shè)計(jì) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11. 引言本次設(shè)計(jì)課題是無級變速螺旋給料器，剛接觸時(shí)，腦海中找不到與之相對應(yīng)的圖片、資料，所以，很茫然。為了能更好的了解這個(gè)課題，我查看了一些相關(guān)書籍，也在網(wǎng)上找到了一些相關(guān)的資料。但是都只是一般介紹，沒有很細(xì)的資料。另外，由于在學(xué)校中很少與在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中的機(jī)器接觸，即使通過書籍見過相關(guān)描述，也不能很好的了解和描繪那些圖片，所以，在這樣的情況下，只能摸索著前進(jìn)。當(dāng)然了，通過對書本和網(wǎng)上的資料進(jìn)行整理，慢慢了解并開始著手設(shè)計(jì)。螺旋給料器的構(gòu)造及其工作原理均與螺旋輸送機(jī)相似，不同之處主要是螺旋給料器的輸送距較短。所以了解螺旋給料器，可以通過了解螺旋輸送機(jī)來分析。螺旋給料器是一種常用的沒有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機(jī)械，是現(xiàn)代化生產(chǎn)和物流運(yùn)輸不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備之一。廣 泛 應(yīng) 用 于 各 行 業(yè) ， 如 建 材 、 化 工 、 電 力 、 冶 金 、煤 礦 炭 、 糧 食 等 行 業(yè) ， 適 用 于 水 平 或 傾 斜 輸 送 粉 狀 、 粒 狀 和 小 塊 狀 物 料 ， 如 煤粉 、 灰 、 渣 、 水 泥 、 糧 食 等 ， 物 料 溫 度 小 于 200℃ 。 螺 旋 給 料 器 不 適 于 輸 送 易變 質(zhì) 的 、 粘 性 大 的 、 易 結(jié) 塊 的 物 料 。 旋 轉(zhuǎn) 的 螺 旋 葉 片 將 物 料 推 移 而 進(jìn) 行 螺 旋 給 料器 輸 送 ， 使 物 料 不 與 螺 旋 給 料 器 葉 片 一 起 旋 轉(zhuǎn) 。 旋 轉(zhuǎn) 力 是 物 料 自 身 重 力 和 螺 旋給 料 器 機(jī) 槽 內(nèi) 壁 對 物 料 的 摩 擦 阻 力 。 螺 旋 給 料 器 旋 轉(zhuǎn) 軸 上 焊 的 螺 旋 葉 片 ， 葉 片 的面 型 根 據(jù) 輸 送 物 料 的 不 同 有 滿 面 式 面 型 、 帶 式 面 型 、 月 牙 式 面 型 和 鋸 齒 式 面 型等 型 式 。 螺 旋 給 料 器 的 螺 旋 軸 在 物 料 運(yùn) 動 方 向 的 終 端 有 止 推 軸 承 以 隨 物 料 給 螺 旋的 軸 向 反 力 ， 在 機(jī) 長 較 長 時(shí) ， 應(yīng) 加 中 間 吊 掛 軸 承 。螺旋給料器有水平式、傾斜式和垂直式三種。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求選擇合適的類型。本次課題設(shè)計(jì)的要求是螺旋輸送機(jī)直徑為 300mm，螺旋輸送機(jī)長度為2600mm，采用變頻調(diào)速器或調(diào)速電機(jī)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，電機(jī)功率為 1.5KW。根據(jù)對資料的分析，確定輸送的物料為煤粉，選擇的是 LS 型螺旋輸送機(jī)。在這個(gè)快速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)很難滿足設(shè)計(jì)要求，但是若運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可以減小誤差以致滿足設(shè)計(jì)要求。所以，在傳統(tǒng)的方法上，結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代常用的各種二維、三維軟件，便于設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)簡單化。我國在螺旋給料器這方面和外國的研究發(fā)展還存在一定的差距，所以在設(shè)計(jì)的過程中要使設(shè)計(jì)方案不但滿足工程上的需要，還要減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，最好是能應(yīng)用在多方面，而不是單一化的機(jī)床設(shè)計(jì)?；谶@樣想法，開始了本次課題設(shè)計(jì)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22. 螺旋給料器的概述螺旋給料器是一種常用的沒有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機(jī)械。輸送機(jī)械有很多類型，由于連續(xù)運(yùn)輸機(jī)在工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、輸送物料的方法和方向以及其他一系列特性上各有不同，因此種類繁多。連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械按照用途分為通用輸送機(jī)械、專用輸送機(jī)械和輔助輸送設(shè)備；按照輸送的對象可分為輸送散粒物料、輸送成件物品和輸送人員三類；按照安裝形式可分為固定式，移動式和移置式三類；按照輸送機(jī)的傳動特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形式的不同可分為有撓性牽引構(gòu)件的和無撓性牽引構(gòu)件的兩類;按照連續(xù)輸送機(jī)械輸送機(jī)理可分為機(jī)械式和流體式兩類；此外輸送機(jī)械還可分為輥式、鏈?zhǔn)?、輪式、膠帶式、滑板式及懸掛式等多種。螺旋輸送機(jī)在我國研制較早，是一種重要而又具有代表性的旋轉(zhuǎn)類型的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械。在各種不同類型的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械中，螺旋輸送機(jī)是屬于沒有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機(jī)，利用工作構(gòu)件即螺旋體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,使物料向前運(yùn)送。螺旋給料器適用于短距離輸送物料，應(yīng)用螺旋給料器可以將物料在一定的輸送線路上，從裝載地點(diǎn)到卸載地點(diǎn)以恒定的或變化的速度進(jìn)行輸送，還可以形成連續(xù)的物流或脈動性的物流，即從最初的供料到最終的卸料之間可以形成一種物料的輸送流程。螺旋給料器可沿水平、傾斜（小于或等于20°）或垂直方向上輸送物料，主要分為水平螺旋給料器和垂直螺旋給料器。這兩種機(jī)型也是最常用的。螺旋給料器根據(jù)結(jié)構(gòu)分為：單螺旋給料器和雙螺旋給料器，前者使用較多。螺旋給料器的安裝方式有固定式和移動式兩種，大部分螺旋給料器采用固定式。其他型式的螺旋給料器有很多種類，例如有螺旋管給料器，可彎曲螺旋給料器，大傾角螺旋給料器，成件物品螺旋給料器，熱交換式螺旋給料器，微粉螺旋給料器，新型冷卻螺旋給料器，對轉(zhuǎn)螺旋給料器，復(fù)式給料器，雙向給料器，變螺距給料器，變直徑給料器等。各種型式的螺旋給料器在工程實(shí)際中都得到了很廣泛的應(yīng)用。2.1 螺旋給料器的基本結(jié)構(gòu)螺旋給料器的基本結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。它由料槽、螺旋體、軸承及驅(qū)動裝置組成。螺旋體由兩端軸承和中間懸掛軸承支承，由驅(qū)動裝置驅(qū)動。螺旋給料器工作時(shí)，物料由進(jìn)料口進(jìn)入料槽，在旋轉(zhuǎn)螺旋葉片的推動下，沿著料槽作軸向移動，直至卸南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3料排出。螺旋給料器的基本機(jī)型有水平式螺旋給料器、傾斜式螺旋給料器和垂直式螺旋給料器。水平式螺旋給料器是最常用的一種型式。垂直式螺旋給料器用于短距離提升物料，但必須有水平螺旋喂料，以保證必要的進(jìn)料壓力。此外，還有許多其他型式的兼有工藝過程和特殊作用的螺旋給料器。圖2-1 螺旋給料器基本結(jié)構(gòu)2.2 螺旋給料器的類型2.2.1 水平螺旋給料器水平螺旋給料器多采用“U”形槽體（也可采用圓筒槽體） 、較低的螺旋轉(zhuǎn)速及固定安裝的結(jié)構(gòu)，見圖 2-1。給料器工作時(shí)，物料從給料器的進(jìn)料口加入槽體，被輸送到槽體的出料口或在任一希望的中間位置經(jīng)槽體底部的出料口卸出。2.2.2 傾斜螺旋給料器輸送傾角≤20 o 的螺旋給料器，一般與水平螺旋給料器的結(jié)構(gòu)相同。輸送傾角為20o—90o 的螺旋輸送機(jī)，一般采用短螺距螺旋及圓筒壯槽體，螺旋體的轉(zhuǎn)速也需增加，其結(jié)構(gòu)如同垂直螺旋給料器，南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文42.2.3 垂直螺旋給料器垂直螺旋給料器可垂直提升一般的散狀物料，物料顆粒大小一般≤12mm。垂直螺旋給料器的槽體為封閉的圓筒，螺旋體的轉(zhuǎn)動可采用底部驅(qū)動或頂部驅(qū)動。垂直螺旋給料器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，所占空間位置小，制造成本底；缺點(diǎn)是輸送量小，輸送高度一般不超過8m。2.3 螺旋給料器的特點(diǎn)（1）螺旋給料器是在化工、建材、冶金、煤礦、糧食等部門中廣泛應(yīng)用的一種輸送設(shè)備，主要用于輸送粉狀、粒狀和小塊狀物料。它不適宜輸送易變質(zhì)的、粘性大的和易結(jié)塊的物料。（2）螺旋給料器使用的環(huán)境溫度為-20～50℃；物料溫度小于 200℃；給料器的傾角 β≤20℃；輸送長度一般小于 40m，最長不超過 70m。（3）螺旋給料器與其他輸送設(shè)備相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、橫截面尺寸小、密封性能好、可以中間多點(diǎn)裝料和卸料、輸送方向可逆向、操作安全方便以及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是螺旋體特別是螺旋葉片及料槽易磨損，輸送量較低，消耗功率大以及物料在運(yùn)輸過程易破碎。2.4 螺旋給料器的研究現(xiàn)狀螺旋給料器在各個(gè)行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用，因此促進(jìn)了其研究和發(fā)展。螺旋給料器由于其結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)簡便，在輸送物料場合得到了廣泛的應(yīng)用，但是其輸送效率卻比較低。目前，螺旋給料器的設(shè)計(jì)工作仍主要是使用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，存在的缺點(diǎn)是效率低，周期長以及難以提高設(shè)備性能。為了攻克這方面缺點(diǎn)，國內(nèi)對這方面的研究情況也比較多。螺旋給料器的輸送效率高低與螺旋葉片結(jié)構(gòu)尺寸和葉片與物料之間的摩擦系數(shù)有關(guān)，對輸送某種物料而言，其摩擦系數(shù)為一定值，那么主要的就是螺旋葉片結(jié)構(gòu)尺寸對輸送效率高低的影響。如何使得螺旋輸送機(jī)獲得最佳的輸送效率，就有必要對螺旋葉片結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化。對螺旋給料器存在的輸送功率問題，許多專家學(xué)者做過很多這方面的研究工作。一般來講，按照通用計(jì)算公式算出的螺旋輸送機(jī)螺旋軸功率往往小于實(shí)際的需要值，對于這個(gè)實(shí)際的問題，武漢食品工業(yè)學(xué)院的龐美榮和王春維根據(jù)調(diào)查和實(shí)例，對螺南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5旋軸進(jìn)行了理論分析，提出了推薦計(jì)算公式，并將推薦計(jì)算公式和通用計(jì)算公式結(jié)合起來，進(jìn)行計(jì)算比較對照，得出推薦計(jì)算公式與實(shí)際需要符合得很好這樣的結(jié)論。螺旋給料器的選型問題。在水平螺旋給料器的選型設(shè)計(jì)中，主要是根據(jù)輸送物料性質(zhì)、輸送量、輸送機(jī)類型、輸送距離和輸送傾角來確定螺旋體的尺寸、螺旋轉(zhuǎn)速和功率。正確地選型設(shè)計(jì)汁算是選擇設(shè)備的關(guān)鍵。采用手工設(shè)計(jì)效率低、易出錯(cuò)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展把這一過程交給計(jì)算機(jī)完成，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對水平螺旋給料器的選型設(shè)計(jì)。華東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院李英和武漢工業(yè)學(xué)院許諾，劉光蓉，對螺旋輸送機(jī)的選型問題，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)做了有效的工作，他們建立了水平螺旋給料器選型設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，在VisualC十+6.0平臺下，利用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了水平螺旋輸送機(jī)計(jì)算機(jī)選型設(shè)計(jì)。參數(shù)輸入、參數(shù)輸出和圖形顯示設(shè)計(jì)在同一界面上，采用自動、標(biāo)準(zhǔn)和人工三種方式對中間計(jì)算所得參數(shù)進(jìn)行圓整、取值，使用方便。對于新型螺旋給料器的研究，也取得了很多的進(jìn)展。大傾角螺旋給料器是替代由斗式提升機(jī)和水平螺旋轉(zhuǎn)送機(jī)所組成的聯(lián)合水泥輸送系統(tǒng)，作為混凝土攪拌站配套的水泥計(jì)量斗的喂料設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，造價(jià)低廉，維修方便，取得了較快的發(fā)展和應(yīng)用。大傾角螺旋給料器是采用變螺距螺旋葉片，下端加料區(qū)段螺距較小，上面輸送區(qū)段螺距較大，這樣能使加料區(qū)段的充填系數(shù) =1,輸送區(qū)段也?能得到最佳的充填系數(shù) = 0.5- 0.7， 從而能使輸送機(jī)輸送的比能容降低40%-?50%，而且還可防止高流動物料在輸送時(shí)倒流?？傊?現(xiàn)在對于螺旋給料器的研究越來越受到各界的重視，而且國外也有了很多研究成果。但國內(nèi)的研究成果與國外相比，還有一定的差距，還有很大的發(fā)展空間。2.5 螺旋給料器的的發(fā)展趨勢螺旋給料器未來的發(fā)展方向：1.大運(yùn)量 、高速度、長使用壽命。高速度即意味著高生產(chǎn)率，減少單位時(shí)間生產(chǎn)成本.磨損是限制螺旋給料器壽命的主要原因，減少物料與螺旋之間的摩擦系數(shù)，增加螺旋軸的耐磨性，改善物料的性能，可以較大程度提高給料器的使用壽命。2.低能源消耗及降低能量消耗。螺旋給料器的能源絕大部分都消耗在摩擦損失上。因此降低能源消耗是研究和設(shè)計(jì)螺旋給料器急待解決的難題和發(fā)展方向。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文63.智能化發(fā)展。未來的螺旋給料器應(yīng)與電腦密切聯(lián)系，適合程序控制、智能操作。物料的裝卸、機(jī)器安裝與維護(hù)都應(yīng)能實(shí)現(xiàn)智能化管理。4.空間可彎曲輸送。為了克服水平和垂直螺旋給料器由于構(gòu)造上的限制而只能直線輸送物料的不足，近年來出現(xiàn)了可彎曲螺旋給料器，彈簧給料器等。另外其他各種給料器也應(yīng)為了實(shí)現(xiàn)空間可彎曲輸送研制新的機(jī)型。5.組合復(fù)合化輸送，向著大型化發(fā)展。使用螺旋給料器，結(jié)合各種連續(xù)給料器械，來完成復(fù)雜的物料輸送。大型化包括大輸送能力、單機(jī)長度和大輸送傾角等幾個(gè)方面。6.擴(kuò)大使用范圍。目前，螺旋給料器的使用范圍受到限制，要擴(kuò)大其使用范圍，研究能在高溫、低溫條件下有腐蝕性、放射性、易燃性物質(zhì)的環(huán)境中工作的，以及能輸送熾熱易爆、易結(jié)團(tuán)、粘性物料的螺旋給料器。7.環(huán)保意識設(shè)計(jì)，減少污染，實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)的目標(biāo)。傳統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械是敞開狀態(tài)下輸送物料的，在輸送粉狀、顆粒狀物料時(shí)，物料散落飛揚(yáng)，嚴(yán)重影響周圍的環(huán)境，特別是在輸送水泥、化肥、礦石、煤炭、谷物等粉末易飛揚(yáng)物料時(shí)尤顯嚴(yán)重。為了解決這個(gè)問題，人們應(yīng)當(dāng)提前研制多種形式的環(huán)保型給料器，而螺旋給料器對于解決這個(gè)難題，無疑具有很大的優(yōu)勢和發(fā)展空間。3. 螺旋給料器工作原理及主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)和選用3．1 水平螺旋給料器的工作原理水平螺旋給料器是一種常見的沒有撓性牽引構(gòu)件的輸送機(jī)械，在建材，化工，冶金，煤礦，糧食等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。它借助旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移向前而進(jìn)行輸送，可在水平或傾斜（小于或等于20°）方向上輸送物料，主要用來輸送粉狀、粒狀和小塊狀物料。水平螺旋給料器的工作原理是由帶有螺旋葉片的螺旋軸在一封閉的料槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)物料進(jìn)入固定的料槽內(nèi)時(shí)，由于物料的重力及其與料槽內(nèi)壁間的摩擦力作用，堆積在料槽下部的物料不隨螺旋體轉(zhuǎn)動，而只在旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片推動下向前移動，如同不旋轉(zhuǎn)的螺母沿著轉(zhuǎn)動的螺桿做平移運(yùn)動一樣，達(dá)到輸送物料的目的。水平螺旋給料器主要由料槽、螺旋體、軸承和驅(qū)動裝置等構(gòu)成。料槽采用帶有平蓋的半圓形斷面，半圓部分的內(nèi)徑要比螺旋體稍大，兩者的間隙一般7-l0mm.料槽開有進(jìn)料口和卸料口，為便于改變裝料和卸料的位置，還設(shè)有中間進(jìn)料口和中間卸南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7料口，不用時(shí)將閘門關(guān)上。螺旋體由電動機(jī)通過減速裝置帶動。螺旋體支承在首尾端軸承和中間軸承上。物料卸料口的末端軸承為止推軸承，以承受作用在螺旋體上的軸向力。中間軸承多為懸掛式。由于螺旋葉片在安置中間軸承處要間斷，所以軸承的尺寸要盡量小，以使螺旋工作面的間隙盡可能小，便于物料順利通過和減小物料通過螺旋體間隙時(shí)的運(yùn)行阻力。螺旋輸送機(jī)的主要特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)比較簡單緊湊；工作可靠、維修不太復(fù)雜、成本低；料槽是封閉的，便于輸送易飛揚(yáng)的、熾熱的及氣味強(qiáng)烈的物料，減少了對環(huán)境的污染；輸送物料可以在線路上任意一點(diǎn)裝載，也可以在許多點(diǎn)卸載；輸送是可逆的，可以同時(shí)向兩個(gè)方向(集向中心或遠(yuǎn)離中心)輸送物料；輸送過程中可以進(jìn)行混和、攪拌等作業(yè)；料槽剛度較大，能夠很好地承受一定的彎矩作用。使用螺旋給料器輸送散粒物料，也存在一定的缺點(diǎn)。首先，由于物料對螺旋體及料槽的摩擦和物料的攪拌，使得單位功率消耗較大；其次，容易引起物料的破碎及磨損，特別是螺旋體和料槽有強(qiáng)烈的磨損；另外，螺旋給料器對超載很敏感，易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。為了防止螺旋給料器過載，可使給料器進(jìn)料段的螺旋葉片的螺距小于其他部分的螺距；防止過載的另一種方法是螺距相同，但采用兩個(gè)或更多的進(jìn)料口，都可以很好的決這個(gè)問題。提高螺旋給料器輸送能力，其進(jìn)料段研究的中心問題是提高物料加入量，可以采用的四種結(jié)構(gòu)形式是：漸擴(kuò)葉片，可加大推進(jìn)力；增加漸擴(kuò)管，可減少進(jìn)料阻力；既采用漸擴(kuò)葉片，又增加漸擴(kuò)管；采用具有彎曲母線的雙頭螺旋。這些方法提高物料加入量效果都取得了很好的效果。3.2 螺旋體螺旋體是由螺旋軸和焊接在軸上的螺旋葉片組成。3.2.1 螺旋葉片螺旋葉片是螺旋給料器的主要工件，材料為 3-6mm 厚的鋼帶或鋼板沖壓或軋制而成，然后焊或用螺釘固定在螺旋軸上的。常用的種類有滿面式（螺旋面）、帶式、月牙式和鋸齒式四種。如下圖圖 3—2 所示。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8圖 3—2 葉片常用的種類（a）滿面式 （b）帶式（c）月牙式 （d）鋸齒式圖 3—2 中（a ）滿面式螺旋葉片主要用來輸送干燥后的粒狀、粉狀及有粘附性的物料。這種螺旋葉片的一邊緊貼在軸上，形成完整的螺旋面，由于其構(gòu)造簡單，而且輸送力強(qiáng)，生產(chǎn)率高，是應(yīng)用最廣的一種。實(shí)體螺旋面稱為 S 制法，其螺旋節(jié)距 GX 型為葉片直徑的 0.8 倍，LS 型見《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊》表 15-5。圖 3—2 中（b）帶式螺旋葉片多用于輸送較大粒狀、塊狀和稍帶粘性的物料。由于粘性物料易于粘附在實(shí)面螺旋葉片及軸上，而帶狀葉片和軸之間留有空間，因此可避免物料粘附和堆積。這種葉片對物料有較強(qiáng)的攪拌作用，但生產(chǎn)率較低。也可用于兩種物料的混合。這種螺旋葉片的一邊通過桿件與軸相連，形成帶式的螺旋面。帶式螺旋面又稱 D 制法，其螺旋節(jié)距與螺旋葉片直徑相同。圖 3—2 中（c ）月牙式螺旋葉片適用于輸送潮濕發(fā)粘和易于擠壓成塊的物料。這種螺旋葉片將一片片的月牙狀的葉片按照輸送方向，以一定距離用螺釘固定在螺旋軸上形成螺旋，其角度按物料的推進(jìn)速度和方向能很方便地加以調(diào)節(jié)，它具有很強(qiáng)烈的攪拌作用，其螺旋節(jié)距約為螺旋葉片直徑的 1.2 倍。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文9圖 3—2 中（d）鋸齒式螺旋葉片適用于輸送粘性大的和腐蝕性強(qiáng)的物料，如油腳等。它還具有攪伴和松散作用。但應(yīng)用較少。通過對資料的分析和研究，此次課程設(shè)計(jì)采用的是 LS 型螺旋葉片，用來輸送的物料是煤粉，故采用的螺旋葉片的型式為實(shí)體螺旋面。根據(jù)原始數(shù)據(jù) D=300mm，則初步計(jì)算螺旋軸直徑(3-1)D0.35~.2d）（?取系數(shù)為 0.25，計(jì)算得出 d=75mm，不需要圓整。由于采用的是 LS 型螺旋葉片，故由《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊》表 15-5 LS 型螺旋給料器的規(guī)格與輸送能力中，可以查得 LS250 與 LS315 的螺距都為直徑的大小，所以，在這里取 LS300 的螺距 s=300mm。螺旋葉片上任一點(diǎn)的法線與螺旋軸線的夾角稱該點(diǎn)的螺旋升角。螺旋升角 α 由下式確定。(3-2))/(tan1Ds????式中：s——螺距（m）D1——該點(diǎn)所在螺旋線的直徑（m）所以，螺旋葉片的外側(cè)升角 α 外 和內(nèi)側(cè)升角 α 內(nèi) 分別為????????? 65.17.304./tan/stan1-1-??外 8.30內(nèi)式中：D——螺旋體的外徑（m）d——螺旋軸的外徑（m）因?yàn)?D>d，故 α 內(nèi) >α 外 ，即螺旋葉片的外側(cè)升角 α 外 最小，內(nèi)側(cè)升角 α 內(nèi) 最大。圖 3-3 是實(shí)體螺旋葉片的展開圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10圖 3—3 實(shí)體螺旋葉片近似展開圖螺旋給料器的螺旋葉片有左旋與右旋兩種旋向，決定螺旋旋向方法參見《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊》圖 15-2 所示。圖 3—4 螺旋旋向圖及螺旋給料器的六種常見的結(jié)構(gòu)布置形式在工業(yè)上螺旋給料器的螺旋葉片通常采用厚度為 2mm——12mm 的 35 鋼及 45鋼制成。在使用過程中，螺旋葉片尤其是葉片的外緣磨損較快，為了增加葉片的耐磨性，可對其進(jìn)行熱處理，使葉片表面硬化。螺旋體的形成通常是先用鋼板制成分段螺旋葉片，再將分段的螺旋葉片彼此對焊在一起，并將其焊接固定在螺旋軸上，即組成螺旋體。螺旋體的制作方法主要有以下幾種。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11纏繞成形法：將帶鋼纏繞在螺旋形模具的空隙內(nèi)強(qiáng)制成形。纏繞時(shí)葉片外緣容易產(chǎn)生裂紋，葉片橫截面容易發(fā)生彎曲，而且每種規(guī)格的葉片都要有專用的模具。冷軋成形法：將帶鋼通過冷軋機(jī)上一對錐形軋輥的輾壓，形成連續(xù)多圈的環(huán)狀件，再令其通過螺旋分導(dǎo)裝置，則成為具有左（右）旋向并有一定螺距的螺旋葉片。這種方法制作的葉片其根部較厚，外邊緣較薄。拉制成形法：先將鋼板沖裁成帶缺口發(fā)平面圓環(huán)，再經(jīng)過沖壓或錘鍛加工成一定螺距的螺旋葉片，然后將若干個(gè)這樣的螺旋葉片焊接或鉚接的、成一串連續(xù)的螺旋面。用此方法生產(chǎn)的螺旋葉片整體厚度相同，但制造效率低而勞動強(qiáng)度較大。根據(jù)實(shí)際需求，螺旋葉片我們采用右旋方式，葉片采用厚度為 2.5mm 的 45 鋼制成。在使用過程中，因葉片的外緣磨損較快，為了增加葉片的耐磨性，對螺旋葉片進(jìn)行熱處理。3.2.2 螺旋軸螺旋給料器的軸一般采用空心軸（鋼管）制成。這是因?yàn)檩S體承受相同扭矩的情況下，空心軸所需的材料和重量都要比實(shí)心軸節(jié)省，且相互之間的連接也較方便。為了便于制造和裝配，螺旋體一般制成2——4m長的節(jié)段，使用時(shí)將各節(jié)段連接起來。在軸與軸的連接處和安裝軸承處需使用一小段實(shí)心軸,即在聯(lián)接處將實(shí)心軸伸入空心軸內(nèi)，再在空心軸外面套一段長約150mm的套筒，然后再用螺栓按相互垂直方向?qū)Υ┨淄才c兩軸緊固。當(dāng)采用此種聯(lián)結(jié)時(shí)，螺旋葉片應(yīng)與套筒連接在一起。另一種聯(lián)結(jié)方法是將實(shí)心軸伸入空心軸內(nèi)，再用幾只相適應(yīng)的螺釘或銷釘固定。此種方法主要用于快速螺旋給料器螺旋軸的連接。螺旋軸的直徑 d 與所傳遞的扭矩有關(guān)。一般采用實(shí)體螺旋葉片的給料器，其螺旋軸的直徑常根據(jù)下述關(guān)系式確定。 （摘自《機(jī)械設(shè)計(jì)》 ）(0.2~.35)D?式中，D——螺旋直徑（mm） 。當(dāng)螺旋直徑 D 較大時(shí)應(yīng)取該范圍的下限，反之取該范圍的上限，但選用后仍應(yīng)對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。幾種常用螺旋軸的系列尺寸見下表 3—4。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文12表 3—4 水平螺旋給料器螺旋體與螺旋軸的系列尺寸螺旋體直徑 D（mm） 100 160 200 250 315 400 500螺旋軸直徑 d（mm） 30 36 42 48 60 70 100由于沒有螺旋直徑為 300mm 的，但是通過計(jì)算也可以得到當(dāng)系數(shù)為 0.2 時(shí)，d=60mm，但是經(jīng)過前面計(jì)算我們已得出所設(shè)計(jì)的螺旋給料器 d=75mm。這里將系數(shù)值取大些，是根據(jù)所輸送的物料來選擇的，選擇大些螺旋軸直徑其承重能力更強(qiáng)，剛性更好。在正常情況下冷軋鋼的軸是可以滿足的；當(dāng)輸送有腐蝕性或污染的物料也可采用不銹鋼軸。給料器采用無潤滑的鐵制懸掛軸承時(shí)要用淬火的聯(lián)結(jié)軸。而表面淬火的懸掛軸承要求配用表面淬火的軸。根據(jù)介紹，我們設(shè)計(jì)的螺旋給料器的軸材料選用 45 鋼，采用空心軸（鋼管）制成，這樣軸體承受相同扭矩的情況下，空心軸所需的材料和重量都要比實(shí)心軸節(jié)省，且相互之間的連接也較方便。為了便于制造和裝配，由于給料器總長度才 3m，故中間不需要懸掛軸承就能滿足要求?？招妮S壁厚 δ=10mm，β=d 1/d=(d-2δ)/d=55mm/75mm=0.733。則 )(10469.821/)5.0(7.436/)1d 364343t mW ??????????（其中 。2507.D由前面的總體計(jì)算我們可知，P=1.5KW ，則軸的扭矩為 )(341/.19/950 NnpT ?????其中 n 的值是通過后面的計(jì)算得到的。則軸的最大切應(yīng)力為 MPaWTt 4)(104469.82/31/ 66max ??????所以螺旋軸滿足強(qiáng)度要求。3.2.3 軸承螺旋給料器的軸承根據(jù)其安裝位置和作用，可分為頭部軸承、尾部軸承和中間懸掛軸承三種。頭部軸承又稱首端軸承，位于給料器的驅(qū)動端（卸料端） 。頭部軸承除了承受徑向載荷外，還要承受軸向載荷，因此該端采用止推軸承。這樣的布置可使螺旋軸承受南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13拉力，其工作條件比承受壓力好。因?yàn)檩S向壓力會使螺旋軸受壓而發(fā)生撓曲。頭部軸承的結(jié)構(gòu)如圖 3—5 所示。螺旋加料機(jī)和某些短的螺旋給料器也可采用加料端驅(qū)動，此時(shí)螺旋處于受壓狀態(tài)。圖 3—5 首端軸承尾部軸承又稱末端軸承，通常采用雙列向心球面軸承，主要承受徑向載荷和少量的軸向載荷。這里采用深溝球軸承即可。頭部和尾部軸承常用凸緣安裝式，軸承裝于殼體兩端的端蓋外側(cè)，以便檢修和更換。對于長度在 3m 以上的螺旋給料器，為了避免螺旋軸受力彎曲，每隔 2m 左右應(yīng)設(shè)置一中間懸掛軸承。由于螺旋葉片在懸掛軸承處必須斷開，為了防止物料在此處堵塞，懸掛軸承的斷面尺寸和長度尺寸都應(yīng)盡量小。懸掛軸承一般采用滑動軸承，其軸襯由青銅、減磨鑄鐵、青銅及巴氏合金、硬質(zhì)合金及硬鐵、油浸木材或其他耐磨材料制成。在某些情況下，也可采用滾動軸承進(jìn)行可靠的密封。在各種情形中，軸承都要裝設(shè)潤滑油杯以進(jìn)行潤滑。由于本設(shè)計(jì)的輸送長度為 2.6m，小于 3m，所以不需要中間懸掛軸承就可以滿足設(shè)計(jì)要求。很多情況下都要求對瞬時(shí)間頭部和尾部設(shè)置軸的防塵密封。采用密封壓蓋及槽體端部密封來防止槽體里的粉塵進(jìn)入軸承或防止水分沿軸進(jìn)入槽內(nèi)。采用密封的滾動懸掛軸承，軸蓋上有防塵密封結(jié)構(gòu)，常用在不易加油，不加油或油對物料有污染的地方，密封效果好，壽命長，輸送物料溫度≤80℃。為滑動軸承，設(shè)有防塵密封裝置，有鑄銅瓦、合金耐磨鑄鐵瓦等，常用在輸送物料溫度較高（>80℃）或輸送液態(tài)物料。3.2.4 機(jī)槽螺旋給料器的機(jī)槽主要有 U 字型和圓筒型兩種。圖 3—6 所示是水平螺旋給料南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文14器機(jī)槽的形式。帶有角鋼法蘭的截面為 U 字型的鋼制螺旋槽體是最常用的， U 字型機(jī)槽一般用 2mm—10mm 的薄鋼板制成，其兩側(cè)壁垂直，底部呈半圓形，兩側(cè)壁的上端邊沿焊有縱向角鋼，用以固定蓋板及增強(qiáng)機(jī)槽的剛性，同時(shí)也用以固定懸掛軸承。機(jī)槽半圓的內(nèi)徑應(yīng)大于螺旋葉片的半徑，使其形成 4mm—8mm 的間隙。若機(jī)槽總長度超過 3.5m 時(shí)，為了避免其彎曲下垂，應(yīng)每隔 2m—3m 設(shè)置一支架承托。本設(shè)計(jì)給料器總長為 2.6m，故不需要支架承托。折邊法蘭的 U 型槽體，頂部法蘭是由同一塊鋼板折邊加工而成的槽體，這樣制成的槽體重量輕而堅(jiān)固。活動底的 U 型槽體快速、方便地清理給料器內(nèi)部的場合，該槽體由上部剛性的槽鋼與下部半圓形截面槽體所構(gòu)成，半圓形槽體的一邊為鉸接，另一邊則采用彈簧卡子夾緊或其他形式的快開聯(lián)結(jié)裝置。帶有夾套的槽體在其夾套上焊有換熱介質(zhì)的進(jìn)出口管，這種槽體廣泛用于加熱、冷卻或干燥被輸送的物料。矩形槽體適合于磨琢性強(qiáng)的物料。允許物料滯留在槽底，這樣可以防止物料和槽底的直接摩擦。為了對機(jī)槽進(jìn)行封閉，機(jī)槽上部安裝有薄鋼板制成的蓋板。蓋板用螺栓固定在槽體上端的角鋼法蘭上，或用彈簧卡子緊夾在槽體上。蓋板可以開啟，以便對機(jī)槽進(jìn)行必要的檢查。對要求防塵的頂蓋還要在蓋板下加墊密封。在蓋板上開有進(jìn)料口，在機(jī)槽底部開有卸料口，進(jìn)料口和卸料口常做成方形（有時(shí)也采用圓形進(jìn)料口） ，以便安裝料管和平板閘門，如圖 3—6 所示。閘門控制常用手推式、齒條式及電動推桿式幾種。圖 3—6 螺旋給料器槽的形式根據(jù)設(shè)計(jì)需要此次設(shè)計(jì)采用 U 字型機(jī)槽。因?yàn)閹в薪卿摲ㄌm的截面為 U 字型的鋼制螺旋槽體是最常用的。機(jī)槽由 8mm 的薄鋼板制成，其兩側(cè)壁垂直，底部呈半圓南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文15形，兩側(cè)壁的上端邊沿焊有縱向角鋼，用以固定蓋板及增強(qiáng)機(jī)槽的剛性，同時(shí)也用以固定懸掛軸承。其具體尺寸數(shù)據(jù)見總體設(shè)計(jì)。進(jìn)、出料口一般在全機(jī)安裝固定后，根據(jù)工藝需要現(xiàn)場開口焊接。注意不要進(jìn)、出料口位置安排在兩端的軸承處和中間懸掛軸承處。螺旋給料器的機(jī)槽在進(jìn)行安裝時(shí)，一定要注意對中和找正，否則，工作時(shí)由于劇烈而周期的撓曲應(yīng)力，會發(fā)生軸的斷裂，軸承的使用壽命也將大大減弱。固定進(jìn)料時(shí)，可采用裝料設(shè)施以便可靠地調(diào)節(jié)螺旋給料器的進(jìn)料量。裝料設(shè)施可采用管狀槽體的螺旋給料機(jī)，使物料在預(yù)定速度下從料倉中將物料輸出，或采用旋轉(zhuǎn)葉輪給料機(jī)，以一定的轉(zhuǎn)速排出物料，其給料量由轉(zhuǎn)速確定。具有多點(diǎn)進(jìn)料的螺旋給料器，必須有靈活可靠的進(jìn)料調(diào)節(jié)裝置。在給定時(shí)間里僅需打開一個(gè)進(jìn)料口時(shí)，應(yīng)限制閘門或開關(guān)裝置在最大開度時(shí)不至于使給料器超載。當(dāng)需要開啟多個(gè)進(jìn)料口同時(shí)進(jìn)料時(shí)，必須小心地調(diào)節(jié)限制每一個(gè)進(jìn)料口的流量，以使其總量不要超過給料器的設(shè)計(jì)能力。直接由固定儲倉進(jìn)料的螺旋給料器，若沒有流量調(diào)節(jié)裝置，則將大大地增加超載的危險(xiǎn)。進(jìn)料時(shí)由于物料塊度或顆粒的慣性作用會產(chǎn)生沖擊，有碰壞或磨損設(shè)備的可能，為此可在進(jìn)口溜槽中安裝折流擋板或緩沖腔來加以克服。常用的螺旋給料器進(jìn)料布置如圖 3—7 所示圖 3—7 螺旋給料器的進(jìn)料布置南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文16標(biāo)準(zhǔn)卸料是最廣泛采用的卸料布置，采用標(biāo)準(zhǔn)卸料口來約束物料的卸出并直接將物料送入后續(xù)的設(shè)備或儲存裝置。終端卸料的卸料口位于螺旋給料器槽體的最末端。閘板卸料采用手輪或鏈輪操縱的齒條及小齒輪平閘板，進(jìn)行有選擇地定量卸料、閘板的操作方向可與給料器的軸呈平行或垂直。無接管的卸料口是在給料器槽體底部直接開口。開底卸料是在給料器槽體的底部按任意要求的長度開口卸出物料，用于向料斗、料倉的卸料及布料。槽體端部卸料是指物料直接通過給料器槽體端部的開口卸出，螺旋由局部端板支承，軸承安裝在端部的法蘭上，當(dāng)給料器填充系數(shù)超過 0.45 時(shí)將不能采用這種卸料方法。端部敞開卸料時(shí)，給料器尾節(jié)螺旋采用標(biāo)準(zhǔn)的懸掛軸承支承。常用的螺旋給料器卸料布置見圖 3—8 所示。圖 3—8 螺旋給料器的卸料布置根據(jù)實(shí)際情況，選用標(biāo)準(zhǔn)的卸料布置，為防止物料滿溢，在卸料口和槽體端部南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文17間裝設(shè)一節(jié)與主螺旋呈相反方向的螺旋，以防止物料在最后卸料口前的堆積。3.2.5 驅(qū)動裝置螺旋給料器的驅(qū)動裝置由電動機(jī)、減速器、聯(lián)軸器及底座組成。LS 型螺旋給料器的驅(qū)動裝置有五種形式：第一種為 TY 型驅(qū)動裝置，由 TY 型同軸式減速器和彈性柱銷聯(lián)軸器構(gòu)成，功率范圍為 0.55~0.45KW；第二種為 YY 型驅(qū)動裝置，由 ZSY 型減速器，Y 系列電動機(jī)，彈性柱銷聯(lián)軸器和底座構(gòu)成，最適用于 LS630~LS1250,螺旋給料器，功率范圍為 7.5~75KW，YY 型驅(qū)動裝置有Ⅰ型（即右裝）和Ⅱ型（即左裝）兩種裝配型式。站在電動機(jī)尾部向前看，減速器的低速軸在電動機(jī)右側(cè)者為Ⅰ型，減速器的低速軸在電動機(jī)左側(cè)者為Ⅱ型。第三種為 YJ 型驅(qū)動裝置，由 Y 型電機(jī)和 ZQ 型減速器組成；第四種為 YTC 型驅(qū)動裝置，由 YTC 型同軸式齒輪減速器與 Y 型電機(jī)組成；第五種驅(qū)動裝置并非每一個(gè)制造廠都能配備。下表是 TY 型驅(qū)動裝置和地腳螺栓尺寸及重量表。規(guī)格型號轉(zhuǎn)速r/min同軸減速器型號 許用長度 mH H1 l l1 F180 TY80-18-2.2TY100-18-4TY112-18-5.5TY125-18-7.5TY140-18-118152027353623984394804921802002252502657908549411003114237141143145049523227228230134663 TY100-22.4-2.2TY100-22.4-3TY112-22.4-4TY112-22.4-5.5TY125-22.4-7.5913182535398398439439480200200225225250834834886941100341141143143145027227228228230150 TY80-28-1.5TY100-28-2.2TY100-28-3TY112-28-4TY125-28-5.5TY140-28-7.5812172330353623983984394804921802002002252502657558348348869631065371411411431450495232272272282301346LS31540 TY100-35.5-1.5TY100-35.5-2.2TY112-35.5-3TY125-35.5-4TY125-35.5-5.51015202735398398439480480200200250250250799834866908963411411431450450272272282301301南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文18規(guī)格型號轉(zhuǎn)速r/min同軸減速器型號 F2 F3 C1 C2 M*l0 重量G3，kg80 TY80-18-2.2TY100-18-4TY112-18-5.5TY125-18-7.5TY140-18-118080110110110240275285320350210260285310350180180240240240M16*400M20*400M20*400M24*400M30*50010714320623335263 TY100-22.4-2.2TY100-22.4-3TY112-22.4-4TY112-22.4-5.5TY125-22.4-7.58080110110110275275285285320260260285285310180180240240240M20*400M20*400M20*400M20*400M24*40013313817720623350 TY80-28-1.5TY100-28-2.2TY100-28-3TY112-28-4TY125-28-5.5TY140-28-7.5808080110110110240275275285320350210260260285310350180180180240240240M16*400M20*400M20*400M20*400M24*400M30*50099133138177219304LS31540 TY100-35.5-1.5TY100-35.5-2.2TY112-35.5-3TY125-35.5-4TY125-35.5-5.58080110110110275275285320320260260285310310180180240240240M20*400M20*400M20*400M24*400M24*400125133171190219由于所設(shè)計(jì)的給料器運(yùn)載量大，在使用過程中會出現(xiàn)如進(jìn)料量不穩(wěn)定，超載運(yùn)行 等情況，根據(jù) LS315 的數(shù)值來選擇，由于計(jì)算出 n=40r/min，所以選擇驅(qū)動裝置的型號為 TY100-35.5-1.5。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文19圖 3—9 水平螺旋給料器傳動布置形式4 水平給料器工作過程分析4.1 物料的運(yùn)動分析和葉片的設(shè)計(jì)當(dāng)螺旋升角為 并在展開狀態(tài)時(shí)，螺旋線用一條斜直線表示。則旋轉(zhuǎn)螺旋面作?用于半徑為 r（距螺旋軸線之距離）處的物料顆粒 A 上的力為 P 合 。由于摩擦的原因，P 合 之方向與螺旋線的法向方向偏離了 φ 角。此力可分解為切向分力 P 切 當(dāng)螺旋體傳動時(shí)，進(jìn)入機(jī)槽的物料受到螺旋葉片的法向推力，該推力的徑向分量和葉片對物料的摩擦力將物料繞軸轉(zhuǎn)動；而物料的重力和機(jī)槽對物料的摩擦力又阻止物料繞軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)螺旋葉片對物料法向推力的軸向分量克服了機(jī)槽對物料的摩擦力及法向推力的徑向分量，物料不和螺旋一起旋轉(zhuǎn)，只沿料槽向前運(yùn)移。其情況猶如被持住不能轉(zhuǎn)動的螺母在旋轉(zhuǎn)的螺桿上作直線運(yùn)動一樣。但是物料顆粒在輸送過程中，其運(yùn)動由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響并非作單純的直線運(yùn)動，而是一個(gè)空間運(yùn)動。和法向分力 P 法 ，如下圖所示。圖中 φ 角是由物料對螺旋面的摩擦角 ρ 及螺旋表面粗糙程度決定的。對于一般沖壓而成或經(jīng)過很好加工的螺旋面，可以不考慮螺旋表面粗糙程度對 φ 角的影響，此時(shí)則認(rèn)為 φ≈ρ。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文20圖 4—1 螺旋面作用于物料顆粒的力 圖 4—2 物料運(yùn)動速度的分解物料顆粒 A 在 P 合 作用下，在料槽中進(jìn)行著一個(gè)復(fù)合運(yùn)動，即具有圓周速度 v 側(cè)和軸向速度 v 軸 ，其合成速度為 v 合 ，圖表示了其速度的分解。若螺旋的轉(zhuǎn)速為 n，處于螺旋面上的被研究物料顆粒 A 的運(yùn)動速度，由圖中三角形 ABC 可得(4-1)???sicosAB?合因?yàn)?(4-2)602rnAB?所以 ????cosin602r?合圓周速度為南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文21(4-3)?????cosin)in(602)sin( ????rv合圓以摩擦系數(shù) μ=tanρ 代入上式，得到圓周速度 )cos(sini602??????rnv圓由于 22 )(1cos)(1sin2tan rsrsrs ?????? ?????，以 及因此，將上述各式代入并經(jīng)過換算后，便可求得物料顆粒的圓周速度計(jì)算公式， 1)2(602??rsnv??圓式中：s——螺旋的螺距(m)n——螺旋的轉(zhuǎn)速(r/min)r——所研究的物料顆粒離軸線的半徑(m)μ 面 ——物料與螺旋面的摩擦系數(shù) μ 面 =tanρ若使公式對 r 求一次導(dǎo)數(shù)，并令其值 ，便可求得存在 v 圓最大值的半0?drv圓徑為(4-4)srv??212)(max 面面面 ??同樣，根據(jù)圖 4-2 的速度分解關(guān)系，可得物料顆粒的軸向輸送速度的計(jì)算公式：南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22(4-5)1)2(160??rsnv??面軸圖 4-3 表示了對于幾種不同螺距的速度 v 圓 和 v 軸 隨半徑而變化的曲線圖。由圖中可知，對于處于直線 OB1B2B3m 以右的 r 值的母線螺旋而上的被輸送物料，其圓周速度 v 圓 在半徑長度范圍內(nèi)并不是常數(shù)，因此，在其運(yùn)移過程中要產(chǎn)生物料之間的相對滑動。在靠近螺旋軸的物料之圓周速度要比外層的大，但該處的軸向輸送速度卻顯著降低。所以使內(nèi)層的物料較快地繞軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，較早地到達(dá)表面，這就產(chǎn)生了一個(gè)附加料流。它不僅對物料的輸送起著不良的影響，同時(shí)也增加了功率的消耗。但在靠近螺旋外側(cè)的物料，其軸向輸送速度要大于圓周速度。圖 4—3 速度 Vm 和 Vr 隨半徑變化的曲線為了避免直母線螺旋面的上述問題，而又能獲得物料的最大軸向速度，因而采用如圖 4-3 所示的彎曲母線螺旋面。這種螺旋面在靠近螺旋軸處的升角為正 α，而在靠近槽壁處的升角為負(fù) α。這樣在靠近螺旋軸的區(qū)域處將具有指向槽壁的徑向速度，增加了內(nèi)層物料對外層物料的壓力和摩擦力，致使螺旋軸附近的附加料流適當(dāng)?shù)販p小。但在靠近槽壁處，由于具有升角負(fù) α 的螺旋面，亦具有指向螺旋軸線的圓周速度，則使該處物料對料槽槽壁的壓力降低，乃至消除，從而減落或避免了由此引起的能量消耗和物料軸向輸送速度的降低。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文23水平螺旋給料器工作時(shí)，物料在機(jī)槽底部并偏向轉(zhuǎn)動方向的一側(cè)，該物料面與水平形成的夾角 φ 為物料的倒塌角，如圖 4-5 所示。在此面上物料處于力的平衡，當(dāng)物料面轉(zhuǎn)角 φ>φ d時(shí)，物料沿倒塌角下滑，形成倒塌現(xiàn)象。倒塌下來的物料一圖 4—4 彎曲母線螺旋面的形狀及其速度曲線 圖 4—5 物料在料槽中的倒塌角 部分不斷翻起在落下，一部分越過軸并落到軸的另一側(cè)，即下一個(gè)螺距中，形成附加料流。因此，當(dāng)給料器工作時(shí)，應(yīng)使物料面的轉(zhuǎn)角不大于物料的倒塌角，即 07.???d式中：φ 0——物料在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的內(nèi)摩擦角（o） φ d——螺旋給料器穩(wěn)定工作時(shí)物料面形成的倒塌角（o）φ——物料面的轉(zhuǎn)角（o ）在螺旋給料器工作過程中，物料面的轉(zhuǎn)角與填充系數(shù)即進(jìn)料量、螺距大小及螺旋面的型式等因素有關(guān)。螺旋給料器工作時(shí)，機(jī)槽中物料的填充系數(shù) ψ（即進(jìn)料量）影響輸送過程和能量消耗。圖 4—6 是輸送糧食時(shí)（這里可以借鑒下） ，對于不同填充系數(shù)的物料層堆積的情況及其滑移面。當(dāng)裝滿系數(shù)較小時(shí)（即 ψ=5％） ，物料堆集的高度低矮且大部分靠近槽壁而具有較低的圓周速度，物料運(yùn)動的滑移面幾乎平行于輸送方向，見圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文244-6a。物料顆粒在軸向的運(yùn)動要比圓周方向顯著得多。所以，這時(shí)垂直于輸送方向的附加料流很少，單位能量消耗也較低。但是，當(dāng)填充系數(shù)提高（ψ=13％或ψ=40％）時(shí)，則物料的滑移面將變陡，見圖 4-6b、c 。此時(shí)，物料在圓周方向的運(yùn)動加強(qiáng)，在輸送方向的運(yùn)動減弱，附加料流增大，導(dǎo)致輸送速度的降低和附加能量的消耗。因而，對于水平螺旋給料器來說，物料的填充系數(shù)并不能無限增加，一般取填充系數(shù) ψ＜45％。各種散粒物料的填充系數(shù)可參考化學(xué)工業(yè)出版社出版的 1999版《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊下冊》P335 表 15-1。圖 4—6 不同填充系數(shù)時(shí)物料層堆積情況及其滑移面a. =5% b. =13% c. =40%??填充系數(shù)主要與被輸送物料的性質(zhì)有關(guān)。輸送細(xì)粉、易流動且沒有磨琢性或有輕微磨琢性的散狀固體物料時(shí)（如面粉、谷物等） ，填充系數(shù)可達(dá)到 0.45；如果被輸送的物料易于粘結(jié)或具有中等程度磨琢性的細(xì)?；蛐K，則填充系數(shù)限制在 0.3左右。如果與此同時(shí)物料還有一定程度的磨琢性，螺旋的轉(zhuǎn)速就要減少。對于磨琢性的及大物料（如礦石等） ，填充系數(shù)將進(jìn)一步地限制，大約只能取 0.15。螺距的大小也直接影響物料的輸送過程，如果填充系數(shù)不變，當(dāng)螺距不同時(shí)，則物料的滑移面亦隨之改變。如果改變了填充系數(shù)，則必導(dǎo)致物料運(yùn)動速度分布的變化。所以，應(yīng)從考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量間的適當(dāng)分布關(guān)系等兩個(gè)條件，來確定最合理的螺距尺寸。從圖 4-1 可得出物料顆粒 A 所受螺旋面在軸向方向上的作用力為(4-6))cos(????合軸 P為了使 P 軸>0，則必須滿足 ????2/根據(jù)前面的討論得知，最小的半徑 r=d/2（其中 d 為螺旋軸的直徑）初所得的螺旋升角 α 是最大的，則軸向輸送方向的作用力 P 軸最小。根據(jù)這個(gè)條件，最大的許用螺距值應(yīng)由下面兩式求得南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文25(4-7))2/(????dTansMax 面??/dsMax?若以 k1=d/D（ D 為螺旋的外徑）代入上式，則得 面/1DKax確定最大的許用螺距時(shí)，必須滿足的第二個(gè)條件是建立在使物料顆粒具有最合理的速度各分量間的關(guān)系的基礎(chǔ)上。亦即應(yīng)使物料顆粒具有盡可能大的軸向輸送速度，同時(shí)又使螺旋面上各點(diǎn)的軸向輸送速度大于圓周速度，如圖 4-2 所示。螺距的大小將影響速度各分量的分布。當(dāng)螺距增加時(shí)，雖說軸向輸送速度增大，但是會出現(xiàn)圓周速度不恰當(dāng)?shù)姆植记闆r；相反，當(dāng)螺距較小時(shí)，速度各分量的分布情況較好，但是軸向輸送速度卻較小。于是，根據(jù)在螺旋圓周處的 v 圓 ≤v 軸 的條件，并利用公式可得 1226060((ssnsnrr???????面 面2)+)+1tan24s r???????面面r又因?yàn)榇藭r(shí) 2r=D（螺旋圓周處） ，故得求螺距的第二個(gè)條件為(4-8)tan()4sD????分析了填充系數(shù)及螺距對物料輸送過程的影響后，可以指出，對于較大的裝滿系數(shù)，應(yīng)取最小的螺距值；反之，對于較小的裝滿系數(shù)，螺距可偏于取最大值。由前述知，在螺旋面同一母線上各點(diǎn)的升角 α 不同。葉片外緣點(diǎn)處升角 α 外最小，向內(nèi)升角逐漸增大，至葉片內(nèi)緣點(diǎn)處即靠近螺旋軸處的升角 α 內(nèi) 最大。由此得知，螺旋葉片同一差別越大，各點(diǎn)處物料轉(zhuǎn)角 φ 的差別越大，在較大的半徑范圍內(nèi)物料轉(zhuǎn)角速度各分量分布的影響也可知，螺距增大，在靠近螺旋軸處物料的 v 圓顯著增加，且在較大的半徑范圍內(nèi) v 圓 >v 軸 ，使較多物料的轉(zhuǎn)角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。圖 4—7a 繪出了水平螺旋給料器的容積生產(chǎn)率 V 與螺旋軸直徑 d、物料與螺旋葉片摩擦系數(shù) tanφ 1間的關(guān)系。該圖是在螺旋直徑 D 保持不變時(shí)，s/D=1 的情況繪南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文26制的。由圖可知，水平螺旋給料器的容積生產(chǎn)率是隨螺旋軸直徑 d 及物料與葉片間的摩擦系數(shù) f1=tanφ 1的增大而下降的。而圖 4—7b 則繪出了水平螺旋給料器的容積生產(chǎn)率與 s/D 的比值及物料與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)的關(guān)系。由圖可知，s/D 比值的適宜范圍是 0.8—1.25，在此范圍之外，生產(chǎn)率則明顯下降；此外，物料與螺旋葉片間摩擦系數(shù)的大小對產(chǎn)量也有較大的影響，特別是當(dāng) s/D 比值較大時(shí)，隨著f1=tanφ 1的增大，產(chǎn)量下降得很厲害。例如，當(dāng) s/D=2 時(shí)，若 f1=0.3，則 V=950；若 f1=0.9，則 V=0，即此時(shí)物料只隨螺旋葉片轉(zhuǎn)動而其軸向運(yùn)動停止。因此，除適宜選擇 s/D 比值外，還應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡x擇螺旋葉片的材料及其光滑程度，以盡量減小物料與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)。（a）（b）圖 4—7通過以往試驗(yàn)得知，螺旋在一定的轉(zhuǎn)速內(nèi)，對物料顆粒運(yùn)動的影響并不顯著。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文27但是當(dāng)超過一定的轉(zhuǎn)速時(shí)，物料受到過大的切向力而被拋起，開始產(chǎn)生垂直于輸送方向的徑向跳躍，從而對輸送過程產(chǎn)生不利影響。因此，螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)被輸送物料的最低跳躍高度來確定。但是，由于至今尚缺乏有關(guān)各種物料的許用最低跳躍高度的資料，因此在實(shí)用計(jì)算中，用下列經(jīng)驗(yàn)公式來確定螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速：(4-9)maxAnD?式中，D——螺旋直徑（m）A——物料特性系數(shù)，由化學(xué)工業(yè)出版社出版的 1999 版《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊下冊》P335 表 15-1 查出從式可知，螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速是螺旋給料器直徑的函數(shù)，同時(shí)也和輸送物料性質(zhì)及填充系數(shù)有關(guān)。在滿足輸送量要求的情況下，應(yīng)選用較低的轉(zhuǎn)速，以減小物料對螺旋葉片及機(jī)殼磨損，延長使用壽命。5 總體設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 被輸送物料的名稱及特性（1）物料：煤粉（2）無煙煤松散密度 ρ=0.6t/m3（3）煤粉為干的，無磨琢性5.2 選型要求（1）水平輸送，輸送長度為 2600mm（2）輸送能力 Q=0.6～10t/h（3）螺旋直徑 D=300mm、螺距 s=300mm(4) 電機(jī)功率 1.5KW5.3 螺旋給料器的設(shè)計(jì)計(jì)算由于該機(jī)械用于純運(yùn)輸，因而選用實(shí)體螺旋面型葉片；根據(jù)選型要求，確定該機(jī)為 LS 型螺旋給料器。根據(jù)查表 15—23 LS 型螺旋輸送機(jī)規(guī)格及技術(shù)參數(shù)表(運(yùn)輸南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文28機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊）得知：技術(shù)參數(shù)規(guī)格型號 螺旋直徑（mm）螺距（mm）n Q n Q n Q n QLS250 250 250 90 24 71 20 56 16 45 13LS315 315 315 80 34 63 26 50 21 40 16注：n-轉(zhuǎn)速，r/min(偏差允許在10%范圍內(nèi))；Q-輸送量，m 3/h;表中Q值的填充系數(shù)為0.33。而此次課題設(shè)計(jì)的直徑為300mm，由于沒有以上的參照，可以在兩者之間按比例取值。或是沿用最接近的值。技術(shù)參數(shù)規(guī)格型號 螺旋直徑（mm） 螺距（mm）n Q n Q n Q n QLS300 300 300 82 32 65 24 52 19 42 15（1）1.螺旋給料器的輸送能力Q可按照下式計(jì)算:(5-1)??247/DntCh???式中 D __________________ 螺旋直徑, m；n __________________ 螺旋軸轉(zhuǎn)速,r/min；t __________________ 螺距,m；__________________ 物料松散密度， ；?3/t__________________ 物料填充系數(shù) 見下表所示；?C __________________ 給料器傾角系數(shù) ,參見小表所示。2.螺旋輸送機(jī)內(nèi)的物料參數(shù)物料名稱 煤粉 水泥 生料 碎石膏 石灰物料松散密度，t/m30.6 1.25 1.1 1.3 0.9填充系數(shù) 0.4 0.28~0.33 0.28~0.33 0.25~0.3 0.35~0.4物料阻力系數(shù)w01.2 2.2 1.8 2.5表內(nèi)物料松散密度數(shù)值只供計(jì)算螺旋給料器能力用。3.物料阻力系數(shù)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文29物料特征 物料的典型例子 物料阻力系數(shù)w 0干的，無磨琢性 糧食、谷物、煤粉、面粉 1.2濕的，無磨琢性 棉子、麥芽、糖塊、石英粉 1.5半磨琢性 純堿、塊煤、食鹽 2.5磨琢性 砂、水泥、焦炭、卵石 3.2強(qiáng)磨琢性或粘性 石灰、礦砂、砂糖、爐灰 4.04.物料的填充、特性、綜合系數(shù)物料的粒度 物料的磨琢性物料的典型例子推薦的填充系數(shù)推薦的螺旋面型式特性系數(shù)K 綜合系數(shù)A粉狀 無磨琢性半磨琢性面粉、石灰、石墨0.35~0.40 實(shí)體螺旋面 0.0415 75粉狀 磨琢性 水泥、白粉、石膏粉0.25~0.30 實(shí)體螺旋面 0.0505 355.傾角系數(shù)表傾斜角 0° 5°?10° 15°?20°螺旋輸送機(jī)傾斜布置時(shí)的輸送量校正系數(shù)C1.0 0.9 0.8 0.7 0.65（2）螺旋給料器轉(zhuǎn)速螺旋給料器的工作轉(zhuǎn)速與物料特性有密切關(guān)系，高轉(zhuǎn)速螺旋給料器的制作和裝配要求嚴(yán)格，而且平衡性好，表中的每種規(guī)格有四中轉(zhuǎn)速選擇，實(shí)際上比較保守，特別是大,中規(guī)格，轉(zhuǎn)速偏低。造成較大浪費(fèi)，建議在選型時(shí)取表中較高的轉(zhuǎn)速，綜合效果更好。（3）螺旋給料器的功率的計(jì)算螺旋給料器所需功率(5-2)0()()36720QwLHDPKW??式中 Q 輸送量,t/hw 阻力系數(shù),參見上面表L 螺旋給料器長度,mD 螺旋給料器直徑,mH 傾斜布置時(shí)的垂直高度,m南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文30電動機(jī)功率(5-3)0Pn?式中 為驅(qū)動裝置的總效率 一般取 =0.85~0.9。??(4)LS螺旋給料器的選用選型要求根據(jù)設(shè)計(jì)要求產(chǎn)量為0.6～10t/h，螺旋給料器直徑為:300mm。其次根據(jù)查表可得物料的松散密度為 =0.6 2，物料的填充系數(shù)為 ，給料器傾角?3/tm0.35.4???系數(shù)C=1。5.3.1 確定螺旋直徑 D(5-4).52CQK???式中 Q——輸送能力，0.6~10 ；/thK——物料特性系數(shù)，煤粉的