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无级变速螺旋给料器的设计【5张图纸】【优秀】

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关键词：: 无级变速螺旋料器设计图纸优秀优良

资源描述：

无级变速螺旋给料器的设计

52页 30000字数+说明书+开题报告+任务书+5张CAD图纸

出料口.dwg

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无级变速螺旋给料器的设计开题报告.doc

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目录.doc

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设计任务书.doc

进料口.dwg

　　1. 引言………………………………………………………（1）

　　2. 螺旋给料器概述

2.1 螺旋给料器的基本结构………………………………………………(2)

　　　2.2 螺旋给料器的类型……………………………………………………(3)

　 2.2.1 水平螺旋给料器………………………………………………………(3)

　 2.2.2 倾斜螺旋给料器………………………………………………………(3)

2.2.3 垂直螺旋给料器………………………………………………………(4)

2.3 螺旋给料器的特点……………………………………………………(4)

　　　2.4 螺旋给料器的研究现状………………………………………………(4)

2.5 螺旋给料器的发展趋势………………………………………………(5)

　　3. 螺旋给料器工作原理及主要构件的设计和选用

3.1 水平螺旋给料器的工作原理…………………………………………(6)

3.2. 螺旋体…………………………………………………………………(7)

3.2.1 螺旋叶片………………………………………………………………(7)

3.2.2 螺旋轴 ………………………………………………………………(11)

3.2.3 轴承 …………………………………………………………………(12)

3.2.4 机槽 …………………………………………………………………(13)

3.2.5 驱动装置 ……………………………………………………………(17)

　　4. 水平给料器工作过程分析

4.1 物料的运动分析和叶片的设计…………………………………………(19)

　　5. 总体设计计算

5.1 被输送物料的名称及特性 …………………………………………(27)

5.2 选型要求 ……………………………………………………………(27)

5.3 螺旋给料器的设计计算 ……………………………………………(27)

5.3.1 确定螺旋直径 D ……………………………………………………(30)

　　　5.3.2 确定螺旋转速 n ……………………………………………………(30)

　　6. 总体尺寸设计

6.1 LS 螺旋给料器的外形及尺寸 ……………………………………(31)

　　　6.2 附件尺寸 ……………………………………………………………(31)

6.2.1 进出料口 ……………………………………………………………(31)

　　7. 无级变速器

7.1 变频调速器 …………………………………………………………(33)

7.1.1 变频调速器的基本原则 ……………………………………………(34)

7.1.2 变频调速器的工作原理 ……………………………………………(35)

7.2 变频调速器的选型 …………………………………………………(37)

　 7.2.1 变频调速器的选用原则 ……………………………………………(37)

7.3 变频调速器的特点 …………………………………………………(41)

7.3.1 变频调速器优点 ……………………………………………………(41)

7.3.2 变频调速器的缺点 …………………………………………………(45)

　　结论 ………………………………………………………(47)

　　参考文献 ………………………………………………………(48)

　　致谢 ………………………………………………………(49)

摘要：螺旋给料器是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械，是现代化生产不可缺少的重要机械设备之一。广泛应用于各行业，如建材、化工、电力、冶金、煤炭、粮食等行业。适用于水平和倾斜输送粉状、粒状和小块状物料。不适用于输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。螺旋给料器由料槽、螺旋体、轴承及驱动装置组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承，由驱动装置驱动。无级变速是指通过改变交流电频率来调节电机的转速，从而改变速度的快慢。而在调速的过程中，具有冲击小、平缓的进行换速，是一种理想的高效率、搞性能的调速手段。能够满足工程生产中的要求，还能够减轻工人的劳动强度，提高生产率，实现物料输送过程的机械化和自动化。

此次设计使用优化思想和方法，通过对给料器完整的设计计算使得输送量和效率得到较合理的匹配，输送性能和传输能力的主要参数分析和使用与改善在生产上的实用合理性。课题对螺旋给料器的设计研究的方法、理论分析结合起来，对整机进行全面的性能、参数的影响深入研究。根据选型要求，设计参数选择的原则和方法鉴定确定该机为LS型螺旋给料器。优化螺旋叶片，结合实际完成的工作目标经过计算后采用右旋弯曲母线螺旋面满面式叶片，确定最合理的填充系数即进料量、螺距大小等。采用变频调速器或调速电机，使螺旋给料器应用中提高劳动生产率、改善质量、提高设备自动化程度等。

关键词：无极变速螺旋给料器变频器

5总体设计计算

5.1被输送物料的名称及特性

（1）物料：煤粉

（2）无烟煤松散密度ρ=0.6t/m3

（3）煤粉为干的，无磨琢性

5.2选型要求

（1）水平输送，输送长度为2600mm

（2）输送能力Q=0.6～10t/h

（3）螺旋直径D=300mm、螺距s=300mm

　 (4) 电机功率1.5KW

　　　螺旋给料器的基本结构如图2-1所示。它由料槽、螺旋体、轴承及驱动装置组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承，由驱动装置驱动。螺旋给料器工作时，物料由进料口进入料槽，在旋转螺旋叶片的推动下，沿着料槽作轴向移动，直至卸料排出。

　　　螺旋给料器的基本机型有水平式螺旋给料器、倾斜式螺旋给料器和垂直式螺旋给料器。水平式螺旋给料器是最常用的一种型式。垂直式螺旋给料器用于短距离提升物料，但必须有水平螺旋喂料，以保证必要的进料压力。此外，还有许多其他型式的兼有工艺过程和特殊作用的螺旋给料器。

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内容简介：: 学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名：日期：导师签名：日期：无级变速螺旋给料器的设计学生姓名：林娟伊班级：0781051 指导老师：张绪坤摘要：螺旋给料器是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械，是现代化生产不可缺少的重要机械设备之一。广泛应用于各行业，如建材、化工、电力、冶金、煤炭、粮食等行业。适用于水平和倾斜输送粉状、粒状和小块状物料。不适用于输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。螺旋给料器由料槽、螺旋体、轴承及驱动装置组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承，由驱动装置驱动。无级变速是指通过改变交流电频率来调节电机的转速，从而改变速度的快慢。而在调速的过程中，具有冲击小、平缓的进行换速，是一种理想的高效率、搞性能的调速手段。能够满足工程生产中的要求，还能够减轻工人的劳动强度，提高生产率，实现物料输送过程的机械化和自动化。此次设计使用优化思想和方法，通过对给料器完整的设计计算使得输送量和效率得到较合理的匹配，输送性能和传输能力的主要参数分析和使用与改善在生产上的实用合理性。课题对螺旋给料器的设计研究的方法、理论分析结合起来，对整机进行全面的性能、参数的影响深入研究。根据选型要求，设计参数选择的原则和方法鉴定确定该机为LS型螺旋给料器。优化螺旋叶片，结合实际完成的工作目标经过计算后采用右旋弯曲母线螺旋面满面式叶片，确定最合理的填充系数即进料量、螺距大小等。采用变频调速器或调速电机，使螺旋给料器应用中提高劳动生产率、改善质量、提高设备自动化程度等。关键词：无极变速螺旋给料器变频器指导老师签名：Design of continuously variable speed screw feeder Student name :Lin Juan Yi Class: 0781051 Supervisor :Zhang Xu KunAbstract: Screw feeder is a common continuous conveyor that has not flexible traction, it is one of the important and indispensable manchinery and equipment .Widely used in warious industries, such as building materials, chemicals, power, metallurgy, coal, grain etc. Apply to horizontal and inclined conveying powder, granular and small bulk materials. Does not apply to transport perishable, viscous, easy caking materials. Screw feeder make up of trough, spirocheres, bearings and drive components. Spirochete is supported of both ends of bearings and the middle suspension of bearings, divern by the dive. Continuously Variable Transmission is adjusted motor speed by changing the frequency of AC, thus changing the speed. In the speed of the process, with the impact of small, gentle to exchange rate, it is an ideal high-efficiency and high-performance speed control means. It can meet the engineering requirements of the production and can also ruduce workers labor intensity, improve productivity, to achieve material handling process mechanization and automation. The design uses ideas and methods of optimization, through the feeder allows the complete design and calculation of transmission capacity and efficiency of a more reasonable match, transmission performance and transmission capacity of the main parameters of the analysis and use in the production and improvement of practical rationality. Subject to the design research methods of screw conveyor, theoretical analysis combined the performance of the machine to conduct a comprehensive, parameters of in-depth study. According to model selection, design parameters to determine the principles and methods of identification of aircraft for the LS-type screw conveyor. Optimization of spiral blades, combined with the actual completion of work objectives through the calculated use of R-bend helical sounded style blade, to determine the most reasonable fill factor that is feeding quantity, pitch size. With frequency converter or motor, so screw conveyor applications to improve productivity, improve quality, increase the degree of automation equipment. Keyword: Infinitely variable Spiral Feeder Inverter Signature of Supervisor:毕业设计（论文）开题报告题目无级变速螺旋给料器的设计专业名称机械设计制造及其自动化班级学号 078105101学生姓名林娟伊指导教师张绪坤填表日期 2011 年 01 月 20 日一、选题的依据及意义：螺旋给料器简称搅龙，是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械，利用工作构件即螺旋的旋转运动，使物料均匀向前输送，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一。主要用来输送各种粮食、油料及其他物料，在输送过程中也可完成一些加工。它的特点是结构简单耐久，体积小而紧凑，操作管理方便，使用安全可靠，密闭性好，物料不易抛散，灰尘不易外扬；可以水平安装，也可以倾斜和垂直安装，转速可在很大范围内变化。其缺点是易使物料破碎，消耗功率比其他输送装置高5090，要求给料均匀。尽管如此，由于它能够减轻工人繁重的体力劳动，提高劳动生产率，实现物料输送过程的机械化和自动化，目前，它仍是粮食和油脂工厂应用最广泛的物料输送器。螺旋给料器种类很多，按其安装形式可分水平式、倾斜式和垂直式，结构基本相似。垂直螺旋输送器下面有水平送料器，上部出口处为了避免阻料而装有卸料板。螺旋方向有左旋和右旋，可根据物料所要求的输送方向来定。随着现代化工业的不断发展，螺旋给料器已经成为国民经济各部门生产过程中的重要组成部分，正朝着长距离、大运量、高速度方向发展。而传统的机械设计方式主要是以经验、感性、静态手工式劳动为基础的设计方法，已经不能满足现在的设计要求了，必须采用现代化的设计方法来对给料器系统进行设计。现在，各界越来越重视对螺旋给料器的研究，国内外在这方面的的研究也很多，并有很多成功的例子。但是，我国在这方面的研究还很欠缺，和外国相比，有一定的差距，还有很大的发展空间。所以根据实际需要设计出能满足工程需要的同时，具有通用化的螺旋给料器，使其更实用，更经济，是未来的一个方向。此次的设计基于这样的思想，开始了对无极变速螺旋给料器的设计。二国内外研究概况及发展趋势(含文献综述)：螺旋给料器的发展，分为有轴螺旋给料器和无轴螺旋给料器两种型式的发展过程。有轴螺旋给料器由螺杆，U型料槽，盖板，进，出料口和驱动装置组成，一般有水平式、倾斜式和垂直式三种。而无轴旋给料器则采用螺杆改为无轴螺旋，并在U型槽内装置有可换衬体，结构简单，物料由进料口输入经螺旋推动后由出料口输出，整个传输过程可在一个密封槽中进行。一般来讲，我们平常所指的螺旋给料器都指有轴型式的螺旋给料器。而对许多输送比较困难的物料，人们一直在寻求一种可靠的输送方法，而无轴螺旋给料器则是一种较好的解决方法。螺旋给料器在我国研制较早，是一种重要又具有代表性的旋转类型的连续运输机械。在各种不同类型的连续运输机械中，应用螺旋给料器可以将物料在一定的输送线路上，从装载地点到卸载地点以恒定的或变化的速度进行输送，还可以形成连续的物流或脉动性的物流，即从最初的供料到最终的卸料之间可以形成一种物料的自动连续的输送。螺旋给料器的种类很多，如有GX型螺旋给料器、LS型螺旋给料器、大倾角螺旋给料器、复式螺旋给料器、无轴螺旋给料器等等。我国生产制造的螺旋给料器的类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，螺旋给料器的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离螺旋给料器的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离螺旋给料器成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩螺旋输送机等均填补了国内空白，并对螺旋给料器的减速关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。但是，我国螺旋给料器的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩螺旋给料器的关键元部件及其功能。而国外对这方面的研究比我国更具先进性。特别是关键核心技术上的差距，我们和国外的技术水平还存在一定的差距。如在自移机尾、高效储带与张紧装置等方面与外国存在很大的差距；在可靠性、寿命上、控制系统上等的差距。螺旋给料器未来的发展方向：1.大运量、高速度、长使用寿命。高速度即意味着高生产率，减少单位时间生产成本.磨损是限制螺旋给料器寿命的主要原因，减少物料与螺旋之间的摩擦系数，增加螺旋轴的耐磨性，改善物料的性能，可以较大程度提高给料器的使用寿命。2.低能源消耗及降低能量消耗。螺旋给料器的能源绝大部分都消耗在摩擦损失上。因此降低能源消耗是研究和设计螺旋给料器急待解决的难题和发展方向。3.智能化发展。未来的螺旋给料器应与电脑密切联系，适合程序控制、智能操作。物料的装卸、机器安装与维护都应能实现智能化管理。4.空间可弯曲输送。为了克服水平和垂直螺旋给料器由于构造上的限制而只能直线输送物料的不足，近年来出现了可弯曲螺旋给料器，弹簧给料器等。另外其他各种给料器也应为了实现空间可弯曲输送研制新的机型。5.组合复合化输送，向着大型化发展。使用螺旋给料器，结合各种连续给料器械，来完成复杂的物料输送。大型化包括大输送能力、单机长度和大输送倾角等几个方面。6.扩大使用范围。目前，螺旋给料器的使用范围受到限制，要扩大其使用范围，研究能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热易爆、易结团、粘性物料的螺旋给料器。7.环保意识设计，减少污染，实现绿色设计的目标。传统的连续运输机械是敞开状态下输送物料的，在输送粉状、颗粒状物料时，物料散落飞扬，严重影响周围的环境，特别是在输送水泥、化肥、矿石、煤炭、谷物等粉末易飞扬物料时尤显严重。为了解决这个问题，人们应当提前研制多种形式的环保型给料器，而螺旋给料器对于解决这个难题，无疑具有很大的优势和发展空间。三研究内容及实验方案：研究内容为：1产量：0.610吨/时；2螺旋给料器直径：300mm；3. 螺旋给料器长度：2600 mm；4采用变频调速器或调速电机实现无极变速；5电机功率：1.5kW。实验方案：根据所给的原始资料，查找相关书籍，在网上查找相关资料，了解螺旋给料器的原理，组成部分等，确定所要设计的螺旋给料器的机型，要运送的物料等（经过查找资料，分析过后，在煤碳方面螺旋给料器与国外的还有一定的差距，所以此次设计输送的物料定为煤粉，设计的给料器为LS型螺旋给料器），找到相关的参考参数、资料，计算所需要的各种参数值，比如螺旋轴的设计计算，螺旋给料器的外形尺寸计算，驱动装置的选择，轴承的选择，进出料口装置的选择计算等。根据计算的值进行组合、优化，结合CAD，UG，仿真设计等软件进行设计，看能否达到工程需要的要求，如果满足，则进行螺旋给料器各部分零件和装配图的绘制，然后编写产品说明书。如果没有满足，则进行进一步的设计，优化，直到满足工程要求。四目标、主要特色及工作进度螺旋给料器作为冶金、建材、化工、粮食及机械加工等部门广泛应用的一种连续输送设备，其结构简单、横截面尺寸小、密封性好、可以中间多点装料和卸料、操作安全方面及制造成本低等优点使其拥有广泛的应用。虽然螺旋给料器在各方面领域的应用都很广泛，但是煤炭运送方面还是存在不足，为了不断更新、优化螺旋给料器的研究，让螺旋给料器的发展更适应快速发展的生产。此课题就是根据所给设计任务要求，设计一个无极变速螺旋给料器，经过查找资料，分析，设计的是LS型螺旋给料器，输送的物料为煤粉。所设计的螺旋给料器不但要满足工程生产中的需求，又能减轻工人们繁重的体力劳动，提高劳动生产率，实现物料输送过程的机械化和自动化生产。其特色是：设备结构简单、横截面尺寸小、密封性好、工作可靠、制造成本低，输送方向可逆向，也可同时向相反两个方向输送。能实现无极调速，根据工作需求可调节物料的流量，实现加速、减速或匀速输送。工作进度：1查阅文献、英文资料翻译； 2周2撰写开题报告； 1周3. 设计并绘制无极变速螺旋给料器的设计装配图 5周4绘制主要零件图若干张； 4周5编写设计计算说明书（毕业论文）一份 3周6. 毕业设计审查、毕业答辩； 1.5周五参考文献1濮良贵.纪名刚主编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，20012金国淼等.输送机械设计选用手册（上、下）.北京：化学工业出版社，2002.73徐灏主编.机械设计手册.北京：机械工业出版社，1995.124李克永.化工机械手册.天津：天津大学出版社，1991.55李方国.变频器自动化工程实践.北京：电子工业出版社,20076廖念钊等.互换性与技术测量.北京：中国计量出版社,20067李克永.化工机械手册. 天津: 天津大学出版社，1991.58洪致育.林良明.连续运输机北京:机械工业出版社，19819 孙桓等.机械原理.北京：高等教育出版社，200110运输机械设计选用手册编委会.运输机械设计选用手册.北京：化学工业出版社，199911机械设计手册编委会编著.机械设计手册：单行本.4版.北京：机械工业出版社，2007.7南昌航空大学科技学院学士学位论文目录1. 引言（1）2. 螺旋给料器概述 2.1 螺旋给料器的基本结构(2)2.2 螺旋给料器的类型(3) 2.2.1 水平螺旋给料器(3) 2.2.2 倾斜螺旋给料器(3) 2.2.3 垂直螺旋给料器(4) 2.3 螺旋给料器的特点(4)2.4 螺旋给料器的研究现状(4) 2.5 螺旋给料器的发展趋势(5)3. 螺旋给料器工作原理及主要构件的设计和选用 3.1 水平螺旋给料器的工作原理(6) 3.2. 螺旋体(7) 3.2.1 螺旋叶片(7) 3.2.2 螺旋轴 (11) 3.2.3 轴承 (12) 3.2.4 机槽 (13) 3.2.5 驱动装置 (17)4. 水平给料器工作过程分析 4.1 物料的运动分析和叶片的设计(19)5. 总体设计计算 5.1 被输送物料的名称及特性 (27) 5.2 选型要求 (27) 5.3 螺旋给料器的设计计算 (27) 5.3.1 确定螺旋直径 D (30)5.3.2 确定螺旋转速 n (30)6. 总体尺寸设计 6.1 LS 螺旋给料器的外形及尺寸 (31)6.2 附件尺寸 (31) 6.2.1 进出料口 (31)7. 无级变速器 7.1 变频调速器 (33) 7.1.1 变频调速器的基本原则 (34) 7.1.2 变频调速器的工作原理 (35) 7.2 变频调速器的选型 (37) 7.2.1 变频调速器的选用原则 (37) 7.3 变频调速器的特点 (41) 7.3.1 变频调速器优点 (41) 7.3.2 变频调速器的缺点 (45)结论 (47)参考文献 (48)致谢 (49)摘要：螺旋给料器是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械，是现代化生产不可缺少的重要机械设备之一。广泛应用于各行业，如建材、化工、电力、冶金、煤炭、粮食等行业。适用于水平和倾斜输送粉状、粒状和小块状物料。不适用于输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。螺旋给料器由料槽、螺旋体、轴承及驱动装置组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承，由驱动装置驱动。无级变速是指通过改变交流电频率来调节电机的转速，从而改变速度的快慢。而在调速的过程中，具有冲击小、平缓的进行换速，是一种理想的高效率、搞性能的调速手段。能够满足工程生产中的要求，还能够减轻工人的劳动强度，提高生产率，实现物料输送过程的机械化和自动化。此次设计使用优化思想和方法，通过对给料器完整的设计计算使得输送量和效率得到较合理的匹配，输送性能和传输能力的主要参数分析和使用与改善在生产上的实用合理性。课题对螺旋给料器的设计研究的方法、理论分析结合起来，对整机进行全面的性能、参数的影响深入研究。根据选型要求，设计参数选择的原则和方法鉴定确定该机为LS型螺旋给料器。优化螺旋叶片，结合实际完成的工作目标经过计算后采用右旋弯曲母线螺旋面满面式叶片，确定最合理的填充系数即进料量、螺距大小等。采用变频调速器或调速电机，使螺旋给料器应用中提高劳动生产率、改善质量、提高设备自动化程度等。关键词：无极变速螺旋给料器变频器 Design of continuously variable speed screw feeder Abstract: Screw feeder is a common continuous conveyor that has not flexible traction, it is one of the important and indispensable manchinery and equipment .Widely used in warious industries, such as building materials, chemicals, power, metallurgy, coal, grain etc. Apply to horizontal and inclined conveying powder, granular and small bulk materials. Does not apply to transport perishable, viscous, easy caking materials. Screw feeder make up of trough, spirocheres, bearings and drive components. Spirochete is supported of both ends of bearings and the middle suspension of bearings, divern by the dive. Continuously Variable Transmission is adjusted motor speed by changing the frequency of AC, thus changing the speed. In the speed of the process, with the impact of small, gentle to exchange rate, it is an ideal high-efficiency and high-performance speed control means. It can meet the engineering requirements of the production and can also ruduce workers labor intensity, improve productivity, to achieve material handling process mechanization and automation. The design uses ideas and methods of optimization, through the feeder allows the complete design and calculation of transmission capacity and efficiency of a more reasonable match, transmission performance and transmission capacity of the main parameters of the analysis and use in the production and improvement of practical rationality. Subject to the design research methods of screw conveyor, theoretical analysis combined the performance of the machine to conduct a comprehensive, parameters of in-depth study. According to model selection, design parameters to determine the principles and methods of identification of aircraft for the LS-type screw conveyor. Optimization of spiral blades, combined with the actual completion of work objectives through the calculated use of R-bend helical sounded style blade, to determine the most reasonable fill factor that is feeding quantity, pitch size. With frequency converter or motor, so screw conveyor applications to improve productivity, improve quality, increase the degree of automation equipment. Keyword: Infinitely variable Spiral Feeder Inverter 1. 引言本次设计课题是无级变速螺旋给料器，刚接触时，脑海中找不到与之相对应的图片、资料，所以，很茫然。为了能更好的了解这个课题，我查看了一些相关书籍，也在网上找到了一些相关的资料。但是都只是一般介绍，没有很细的资料。另外，由于在学校中很少与在实际生产运用中的机器接触，即使通过书籍见过相关描述，也不能很好的了解和描绘那些图片，所以，在这样的情况下，只能摸索着前进。当然了，通过对书本和网上的资料进行整理，慢慢了解并开始着手设计。螺旋给料器的构造及其工作原理均与螺旋输送机相似，不同之处主要是螺旋给料器的输送距较短。所以了解螺旋给料器，可以通过了解螺旋输送机来分析。螺旋给料器是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一。广泛应用于各行业，如建材、化工、电力、冶金、煤矿炭、粮食等行业，适用于水平或倾斜输送粉状、粒状和小块状物料，如煤粉、灰、渣、水泥、粮食等，物料温度小于200。螺旋给料器不适于输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋给料器输送，使物料不与螺旋给料器叶片一起旋转。旋转力是物料自身重力和螺旋给料器机槽内壁对物料的摩擦阻力。螺旋给料器旋转轴上焊的螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有满面式面型、带式面型、月牙式面型和锯齿式面型等型式。螺旋给料器的螺旋轴在物料运动方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。螺旋给料器有水平式、倾斜式和垂直式三种。根据不同的设计要求选择合适的类型。本次课题设计的要求是螺旋输送机直径为300mm，螺旋输送机长度为2600mm，采用变频调速器或调速电机实现无极调速，电机功率为1.5KW。根据对资料的分析，确定输送的物料为煤粉，选择的是LS型螺旋输送机。在这个快速发展的今天，传统的设计方法已经很难满足设计要求，但是若运用优化设计方法，可以减小误差以致满足设计要求。所以，在传统的方法上，结合优化设计方法和现代常用的各种二维、三维软件，便于设计，使设计简单化。我国在螺旋给料器这方面和外国的研究发展还存在一定的差距，所以在设计的过程中要使设计方案不但满足工程上的需要，还要减轻工人的劳动强度，提高生产率，最好是能应用在多方面，而不是单一化的机床设计。基于这样想法，开始了本次课题设计。2. 螺旋给料器的概述螺旋给料器是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械。输送机械有很多类型，由于连续运输机在工作原理、结构特点、输送物料的方法和方向以及其他一系列特性上各有不同，因此种类繁多。连续运输机械按照用途分为通用输送机械、专用输送机械和辅助输送设备；按照输送的对象可分为输送散粒物料、输送成件物品和输送人员三类；按照安装形式可分为固定式，移动式和移置式三类；按照输送机的传动特点和结构形式的不同可分为有挠性牵引构件的和无挠性牵引构件的两类;按照连续输送机械输送机理可分为机械式和流体式两类；此外输送机械还可分为辊式、链式、轮式、胶带式、滑板式及悬挂式等多种。螺旋输送机在我国研制较早，是一种重要而又具有代表性的旋转类型的连续运输机械。在各种不同类型的连续运输机械中，螺旋输送机是属于没有挠性牵引构件的连续输送机，利用工作构件即螺旋体的旋转运动,使物料向前运送。螺旋给料器适用于短距离输送物料，应用螺旋给料器可以将物料在一定的输送线路上，从装载地点到卸载地点以恒定的或变化的速度进行输送，还可以形成连续的物流或脉动性的物流，即从最初的供料到最终的卸料之间可以形成一种物料的输送流程。螺旋给料器可沿水平、倾斜（小于或等于20）或垂直方向上输送物料，主要分为水平螺旋给料器和垂直螺旋给料器。这两种机型也是最常用的。螺旋给料器根据结构分为：单螺旋给料器和双螺旋给料器，前者使用较多。螺旋给料器的安装方式有固定式和移动式两种，大部分螺旋给料器采用固定式。其他型式的螺旋给料器有很多种类，例如有螺旋管给料器，可弯曲螺旋给料器，大倾角螺旋给料器，成件物品螺旋给料器，热交换式螺旋给料器，微粉螺旋给料器，新型冷却螺旋给料器，对转螺旋给料器，复式给料器，双向给料器，变螺距给料器，变直径给料器等。各种型式的螺旋给料器在工程实际中都得到了很广泛的应用。2.1 螺旋给料器的基本结构螺旋给料器的基本结构如图2-1所示。它由料槽、螺旋体、轴承及驱动装置组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承，由驱动装置驱动。螺旋给料器工作时，物料由进料口进入料槽，在旋转螺旋叶片的推动下，沿着料槽作轴向移动，直至卸料排出。螺旋给料器的基本机型有水平式螺旋给料器、倾斜式螺旋给料器和垂直式螺旋给料器。水平式螺旋给料器是最常用的一种型式。垂直式螺旋给料器用于短距离提升物料，但必须有水平螺旋喂料，以保证必要的进料压力。此外，还有许多其他型式的兼有工艺过程和特殊作用的螺旋给料器。图2-1 螺旋给料器基本结构2.2 螺旋给料器的类型2.2.1 水平螺旋给料器水平螺旋给料器多采用“U”形槽体（也可采用圆筒槽体）、较低的螺旋转速及固定安装的结构，见图2-1。给料器工作时，物料从给料器的进料口加入槽体，被输送到槽体的出料口或在任一希望的中间位置经槽体底部的出料口卸出。2.2.2 倾斜螺旋给料器输送倾角20o的螺旋给料器，一般与水平螺旋给料器的结构相同。输送倾角为20o90o的螺旋输送机，一般采用短螺距螺旋及圆筒壮槽体，螺旋体的转速也需增加，其结构如同垂直螺旋给料器，2.2.3 垂直螺旋给料器垂直螺旋给料器可垂直提升一般的散状物料，物料颗粒大小一般12mm。垂直螺旋给料器的槽体为封闭的圆筒，螺旋体的转动可采用底部驱动或顶部驱动。垂直螺旋给料器的优点是结构简单，所占空间位置小，制造成本底；缺点是输送量小，输送高度一般不超过8m。2.3 螺旋给料器的特点（1）螺旋给料器是在化工、建材、冶金、煤矿、粮食等部门中广泛应用的一种输送设备，主要用于输送粉状、粒状和小块状物料。它不适宜输送易变质的、粘性大的和易结块的物料。（2）螺旋给料器使用的环境温度为-2050；物料温度小于200；给料器的倾角20；输送长度一般小于40m，最长不超过70m。（3）螺旋给料器与其他输送设备相比较，具有结构简单、横截面尺寸小、密封性能好、可以中间多点装料和卸料、输送方向可逆向、操作安全方便以及制造成本低等优点。它的缺点是螺旋体特别是螺旋叶片及料槽易磨损，输送量较低，消耗功率大以及物料在运输过程易破碎。2.4 螺旋给料器的研究现状螺旋给料器在各个行业都得到了广泛的应用，因此促进了其研究和发展。螺旋给料器由于其结构简单，操作维护简便，在输送物料场合得到了广泛的应用，但是其输送效率却比较低。目前，螺旋给料器的设计工作仍主要是使用传统的经验设计方法进行，存在的缺点是效率低，周期长以及难以提高设备性能。为了攻克这方面缺点，国内对这方面的研究情况也比较多。螺旋给料器的输送效率高低与螺旋叶片结构尺寸和叶片与物料之间的摩擦系数有关，对输送某种物料而言，其摩擦系数为一定值，那么主要的就是螺旋叶片结构尺寸对输送效率高低的影响。如何使得螺旋输送机获得最佳的输送效率，就有必要对螺旋叶片结构尺寸进行优化。对螺旋给料器存在的输送功率问题，许多专家学者做过很多这方面的研究工作。一般来讲，按照通用计算公式算出的螺旋输送机螺旋轴功率往往小于实际的需要值，对于这个实际的问题，武汉食品工业学院的庞美荣和王春维根据调查和实例，对螺旋轴进行了理论分析，提出了推荐计算公式，并将推荐计算公式和通用计算公式结合起来，进行计算比较对照，得出推荐计算公式与实际需要符合得很好这样的结论。螺旋给料器的选型问题。在水平螺旋给料器的选型设计中，主要是根据输送物料性质、输送量、输送机类型、输送距离和输送倾角来确定螺旋体的尺寸、螺旋转速和功率。正确地选型设计汁算是选择设备的关键。采用手工设计效率低、易出错。随着计算机的发展把这一过程交给计算机完成，从而实现计算机对水平螺旋给料器的选型设计。华东理工大学机械工程学院李英和武汉工业学院许诺，刘光蓉，对螺旋输送机的选型问题，结合计算机技术做了有效的工作，他们建立了水平螺旋给料器选型设计的数学模型，在VisualC十+6.0平台下，利用面向对象的程序设计，实现了水平螺旋输送机计算机选型设计。参数输入、参数输出和图形显示设计在同一界面上，采用自动、标准和人工三种方式对中间计算所得参数进行圆整、取值，使用方便。对于新型螺旋给料器的研究，也取得了很多的进展。大倾角螺旋给料器是替代由斗式提升机和水平螺旋转送机所组成的联合水泥输送系统，作为混凝土搅拌站配套的水泥计量斗的喂料设备，其结构简单，运转可靠，造价低廉，维修方便，取得了较快的发展和应用。大倾角螺旋给料器是采用变螺距螺旋叶片，下端加料区段螺距较小，上面输送区段螺距较大，这样能使加料区段的充填系数 =1,输送区段也能得到最佳的充填系数 = 0.5- 0.7，从而能使输送机输送的比能容降低40%-50%，而且还可防止高流动物料在输送时倒流。总之,现在对于螺旋给料器的研究越来越受到各界的重视，而且国外也有了很多研究成果。但国内的研究成果与国外相比，还有一定的差距，还有很大的发展空间。2.5 螺旋给料器的的发展趋势螺旋给料器未来的发展方向：1.大运量、高速度、长使用寿命。高速度即意味着高生产率，减少单位时间生产成本.磨损是限制螺旋给料器寿命的主要原因，减少物料与螺旋之间的摩擦系数，增加螺旋轴的耐磨性，改善物料的性能，可以较大程度提高给料器的使用寿命。2.低能源消耗及降低能量消耗。螺旋给料器的能源绝大部分都消耗在摩擦损失上。因此降低能源消耗是研究和设计螺旋给料器急待解决的难题和发展方向。3.智能化发展。未来的螺旋给料器应与电脑密切联系，适合程序控制、智能操作。物料的装卸、机器安装与维护都应能实现智能化管理。4.空间可弯曲输送。为了克服水平和垂直螺旋给料器由于构造上的限制而只能直线输送物料的不足，近年来出现了可弯曲螺旋给料器，弹簧给料器等。另外其他各种给料器也应为了实现空间可弯曲输送研制新的机型。5.组合复合化输送，向着大型化发展。使用螺旋给料器，结合各种连续给料器械，来完成复杂的物料输送。大型化包括大输送能力、单机长度和大输送倾角等几个方面。6.扩大使用范围。目前，螺旋给料器的使用范围受到限制，要扩大其使用范围，研究能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热易爆、易结团、粘性物料的螺旋给料器。7.环保意识设计，减少污染，实现绿色设计的目标。传统的连续运输机械是敞开状态下输送物料的，在输送粉状、颗粒状物料时，物料散落飞扬，严重影响周围的环境，特别是在输送水泥、化肥、矿石、煤炭、谷物等粉末易飞扬物料时尤显严重。为了解决这个问题，人们应当提前研制多种形式的环保型给料器，而螺旋给料器对于解决这个难题，无疑具有很大的优势和发展空间。3. 螺旋给料器工作原理及主要构件的设计和选用31 水平螺旋给料器的工作原理水平螺旋给料器是一种常见的没有挠性牵引构件的输送机械，在建材，化工，冶金，煤矿，粮食等行业中得到了广泛的应用。它借助旋转的螺旋叶片将物料推移向前而进行输送，可在水平或倾斜（小于或等于20）方向上输送物料，主要用来输送粉状、粒状和小块状物料。水平螺旋给料器的工作原理是由带有螺旋叶片的螺旋轴在一封闭的料槽内旋转，当物料进入固定的料槽内时，由于物料的重力及其与料槽内壁间的摩擦力作用，堆积在料槽下部的物料不随螺旋体转动，而只在旋转的螺旋叶片推动下向前移动，如同不旋转的螺母沿着转动的螺杆做平移运动一样，达到输送物料的目的。水平螺旋给料器主要由料槽、螺旋体、轴承和驱动装置等构成。料槽采用带有平盖的半圆形断面，半圆部分的内径要比螺旋体稍大，两者的间隙一般7-l0mm.料槽开有进料口和卸料口，为便于改变装料和卸料的位置，还设有中间进料口和中间卸料口，不用时将闸门关上。螺旋体由电动机通过减速装置带动。螺旋体支承在首尾端轴承和中间轴承上。物料卸料口的末端轴承为止推轴承，以承受作用在螺旋体上的轴向力。中间轴承多为悬挂式。由于螺旋叶片在安置中间轴承处要间断，所以轴承的尺寸要尽量小，以使螺旋工作面的间隙尽可能小，便于物料顺利通过和减小物料通过螺旋体间隙时的运行阻力。螺旋输送机的主要特点有：结构比较简单紧凑；工作可靠、维修不太复杂、成本低；料槽是封闭的，便于输送易飞扬的、炽热的及气味强烈的物料，减少了对环境的污染；输送物料可以在线路上任意一点装载，也可以在许多点卸载；输送是可逆的，可以同时向两个方向(集向中心或远离中心)输送物料；输送过程中可以进行混和、搅拌等作业；料槽刚度较大，能够很好地承受一定的弯矩作用。使用螺旋给料器输送散粒物料，也存在一定的缺点。首先，由于物料对螺旋体及料槽的摩擦和物料的搅拌，使得单位功率消耗较大；其次，容易引起物料的破碎及磨损，特别是螺旋体和料槽有强烈的磨损；另外，螺旋给料器对超载很敏感，易产生堵塞现象。为了防止螺旋给料器过载，可使给料器进料段的螺旋叶片的螺距小于其他部分的螺距；防止过载的另一种方法是螺距相同，但采用两个或更多的进料口，都可以很好的决这个问题。提高螺旋给料器输送能力，其进料段研究的中心问题是提高物料加入量，可以采用的四种结构形式是：渐扩叶片，可加大推进力；增加渐扩管，可减少进料阻力；既采用渐扩叶片，又增加渐扩管；采用具有弯曲母线的双头螺旋。这些方法提高物料加入量效果都取得了很好的效果。3.2 螺旋体螺旋体是由螺旋轴和焊接在轴上的螺旋叶片组成。3.2.1 螺旋叶片螺旋叶片是螺旋给料器的主要工件，材料为3-6mm厚的钢带或钢板冲压或轧制而成，然后焊或用螺钉固定在螺旋轴上的。常用的种类有满面式（螺旋面）、带式、月牙式和锯齿式四种。如下图图32所示。图32 叶片常用的种类（a）满面式（b）带式（c）月牙式（d）锯齿式图32中（a）满面式螺旋叶片主要用来输送干燥后的粒状、粉状及有粘附性的物料。这种螺旋叶片的一边紧贴在轴上，形成完整的螺旋面，由于其构造简单，而且输送力强，生产率高，是应用最广的一种。实体螺旋面称为S制法，其螺旋节距GX型为叶片直径的0.8倍，LS型见运输机械设计选用手册表15-5。图32中（b）带式螺旋叶片多用于输送较大粒状、块状和稍带粘性的物料。由于粘性物料易于粘附在实面螺旋叶片及轴上，而带状叶片和轴之间留有空间，因此可避免物料粘附和堆积。这种叶片对物料有较强的搅拌作用，但生产率较低。也可用于两种物料的混合。这种螺旋叶片的一边通过杆件与轴相连，形成带式的螺旋面。带式螺旋面又称D制法，其螺旋节距与螺旋叶片直径相同。图32中（c）月牙式螺旋叶片适用于输送潮湿发粘和易于挤压成块的物料。这种螺旋叶片将一片片的月牙状的叶片按照输送方向，以一定距离用螺钉固定在螺旋轴上形成螺旋，其角度按物料的推进速度和方向能很方便地加以调节，它具有很强烈的搅拌作用，其螺旋节距约为螺旋叶片直径的1.2倍。图32中（d）锯齿式螺旋叶片适用于输送粘性大的和腐蚀性强的物料，如油脚等。它还具有搅伴和松散作用。但应用较少。通过对资料的分析和研究，此次课程设计采用的是LS型螺旋叶片，用来输送的物料是煤粉，故采用的螺旋叶片的型式为实体螺旋面。根据原始数据D=300mm，则初步计算螺旋轴直径 (3-1)取系数为0.25，计算得出d=75mm，不需要圆整。由于采用的是LS型螺旋叶片，故由运输机械设计选用手册表15-5 LS型螺旋给料器的规格与输送能力中，可以查得LS250与LS315的螺距都为直径的大小，所以，在这里取LS300的螺距s=300mm。螺旋叶片上任一点的法线与螺旋轴线的夹角称该点的螺旋升角。螺旋升角由下式确定。 (3-2)式中：s螺距（m）D1该点所在螺旋线的直径（m）所以，螺旋叶片的外侧升角外和内侧升角内分别为式中：D螺旋体的外径（m）d螺旋轴的外径（m）因为Dd，故内外，即螺旋叶片的外侧升角外最小，内侧升角内最大。图3-3是实体螺旋叶片的展开图图33实体螺旋叶片近似展开图螺旋给料器的螺旋叶片有左旋与右旋两种旋向，决定螺旋旋向方法参见运输机械设计选用手册图15-2所示。图34螺旋旋向图及螺旋给料器的六种常见的结构布置形式在工业上螺旋给料器的螺旋叶片通常采用厚度为2mm12mm的35钢及45钢制成。在使用过程中，螺旋叶片尤其是叶片的外缘磨损较快，为了增加叶片的耐磨性，可对其进行热处理，使叶片表面硬化。螺旋体的形成通常是先用钢板制成分段螺旋叶片，再将分段的螺旋叶片彼此对焊在一起，并将其焊接固定在螺旋轴上，即组成螺旋体。螺旋体的制作方法主要有以下几种。缠绕成形法：将带钢缠绕在螺旋形模具的空隙内强制成形。缠绕时叶片外缘容易产生裂纹，叶片横截面容易发生弯曲，而且每种规格的叶片都要有专用的模具。冷轧成形法：将带钢通过冷轧机上一对锥形轧辊的辗压，形成连续多圈的环状件，再令其通过螺旋分导装置，则成为具有左（右）旋向并有一定螺距的螺旋叶片。这种方法制作的叶片其根部较厚，外边缘较薄。拉制成形法：先将钢板冲裁成带缺口发平面圆环，再经过冲压或锤锻加工成一定螺距的螺旋叶片，然后将若干个这样的螺旋叶片焊接或铆接的、成一串连续的螺旋面。用此方法生产的螺旋叶片整体厚度相同，但制造效率低而劳动强度较大。根据实际需求，螺旋叶片我们采用右旋方式，叶片采用厚度为2.5mm的45钢制成。在使用过程中，因叶片的外缘磨损较快，为了增加叶片的耐磨性，对螺旋叶片进行热处理。3.2.2螺旋轴螺旋给料器的轴一般采用空心轴（钢管）制成。这是因为轴体承受相同扭矩的情况下，空心轴所需的材料和重量都要比实心轴节省，且相互之间的连接也较方便。为了便于制造和装配，螺旋体一般制成24m长的节段，使用时将各节段连接起来。在轴与轴的连接处和安装轴承处需使用一小段实心轴,即在联接处将实心轴伸入空心轴内，再在空心轴外面套一段长约150mm的套筒，然后再用螺栓按相互垂直方向对穿套筒与两轴紧固。当采用此种联结时，螺旋叶片应与套筒连接在一起。另一种联结方法是将实心轴伸入空心轴内，再用几只相适应的螺钉或销钉固定。此种方法主要用于快速螺旋给料器螺旋轴的连接。螺旋轴的直径d与所传递的扭矩有关。一般采用实体螺旋叶片的给料器，其螺旋轴的直径常根据下述关系式确定。（摘自机械设计）式中，D螺旋直径（mm）。当螺旋直径D较大时应取该范围的下限，反之取该范围的上限，但选用后仍应对轴的强度进行校核。几种常用螺旋轴的系列尺寸见下表34。表34 水平螺旋给料器螺旋体与螺旋轴的系列尺寸螺旋体直径D（mm）100160200250315400500螺旋轴直径d（mm）303642486070100 由于没有螺旋直径为300mm的，但是通过计算也可以得到当系数为0.2时，d=60mm，但是经过前面计算我们已得出所设计的螺旋给料器d=75mm。这里将系数值取大些，是根据所输送的物料来选择的，选择大些螺旋轴直径其承重能力更强，刚性更好。在正常情况下冷轧钢的轴是可以满足的；当输送有腐蚀性或污染的物料也可采用不锈钢轴。给料器采用无润滑的铁制悬挂轴承时要用淬火的联结轴。而表面淬火的悬挂轴承要求配用表面淬火的轴。根据介绍，我们设计的螺旋给料器的轴材料选用45钢，采用空心轴（钢管）制成，这样轴体承受相同扭矩的情况下，空心轴所需的材料和重量都要比实心轴节省，且相互之间的连接也较方便。为了便于制造和装配，由于给料器总长度才3m，故中间不需要悬挂轴承就能满足要求。空心轴壁厚=10mm，=d1/d=(d-2)/d=55mm/75mm=0.733。则其中。由前面的总体计算我们可知，P=1.5KW，则轴的扭矩为其中n的值是通过后面的计算得到的。则轴的最大切应力为所以螺旋轴满足强度要求。3.2.3轴承螺旋给料器的轴承根据其安装位置和作用，可分为头部轴承、尾部轴承和中间悬挂轴承三种。头部轴承又称首端轴承，位于给料器的驱动端（卸料端）。头部轴承除了承受径向载荷外，还要承受轴向载荷，因此该端采用止推轴承。这样的布置可使螺旋轴承受拉力，其工作条件比承受压力好。因为轴向压力会使螺旋轴受压而发生挠曲。头部轴承的结构如图35所示。螺旋加料机和某些短的螺旋给料器也可采用加料端驱动，此时螺旋处于受压状态。图35 首端轴承尾部轴承又称末端轴承，通常采用双列向心球面轴承，主要承受径向载荷和少量的轴向载荷。这里采用深沟球轴承即可。头部和尾部轴承常用凸缘安装式，轴承装于壳体两端的端盖外侧，以便检修和更换。对于长度在3m以上的螺旋给料器，为了避免螺旋轴受力弯曲，每隔2m左右应设置一中间悬挂轴承。由于螺旋叶片在悬挂轴承处必须断开，为了防止物料在此处堵塞，悬挂轴承的断面尺寸和长度尺寸都应尽量小。悬挂轴承一般采用滑动轴承，其轴衬由青铜、减磨铸铁、青铜及巴氏合金、硬质合金及硬铁、油浸木材或其他耐磨材料制成。在某些情况下，也可采用滚动轴承进行可靠的密封。在各种情形中，轴承都要装设润滑油杯以进行润滑。由于本设计的输送长度为2.6m，小于3m，所以不需要中间悬挂轴承就可以满足设计要求。很多情况下都要求对瞬时间头部和尾部设置轴的防尘密封。采用密封压盖及槽体端部密封来防止槽体里的粉尘进入轴承或防止水分沿轴进入槽内。采用密封的滚动悬挂轴承，轴盖上有防尘密封结构，常用在不易加油，不加油或油对物料有污染的地方，密封效果好，寿命长，输送物料温度80。为滑动轴承，设有防尘密封装置，有铸铜瓦、合金耐磨铸铁瓦等，常用在输送物料温度较高（80）或输送液态物料。3.2.4机槽螺旋给料器的机槽主要有U字型和圆筒型两种。图36所示是水平螺旋给料器机槽的形式。带有角钢法兰的截面为U字型的钢制螺旋槽体是最常用的，U字型机槽一般用2mm10mm的薄钢板制成，其两侧壁垂直，底部呈半圆形，两侧壁的上端边沿焊有纵向角钢，用以固定盖板及增强机槽的刚性，同时也用以固定悬挂轴承。机槽半圆的内径应大于螺旋叶片的半径，使其形成4mm8mm的间隙。若机槽总长度超过3.5m时，为了避免其弯曲下垂，应每隔2m3m设置一支架承托。本设计给料器总长为2.6m，故不需要支架承托。折边法兰的U型槽体，顶部法兰是由同一块钢板折边加工而成的槽体，这样制成的槽体重量轻而坚固。活动底的U型槽体快速、方便地清理给料器内部的场合，该槽体由上部刚性的槽钢与下部半圆形截面槽体所构成，半圆形槽体的一边为铰接，另一边则采用弹簧卡子夹紧或其他形式的快开联结装置。带有夹套的槽体在其夹套上焊有换热介质的进出口管，这种槽体广泛用于加热、冷却或干燥被输送的物料。矩形槽体适合于磨琢性强的物料。允许物料滞留在槽底，这样可以防止物料和槽底的直接摩擦。为了对机槽进行封闭，机槽上部安装有薄钢板制成的盖板。盖板用螺栓固定在槽体上端的角钢法兰上，或用弹簧卡子紧夹在槽体上。盖板可以开启，以便对机槽进行必要的检查。对要求防尘的顶盖还要在盖板下加垫密封。在盖板上开有进料口，在机槽底部开有卸料口，进料口和卸料口常做成方形（有时也采用圆形进料口），以便安装料管和平板闸门，如图36所示。闸门控制常用手推式、齿条式及电动推杆式几种。图36螺旋给料器槽的形式根据设计需要此次设计采用U字型机槽。因为带有角钢法兰的截面为U字型的钢制螺旋槽体是最常用的。机槽由8mm的薄钢板制成，其两侧壁垂直，底部呈半圆形，两侧壁的上端边沿焊有纵向角钢，用以固定盖板及增强机槽的刚性，同时也用以固定悬挂轴承。其具体尺寸数据见总体设计。进、出料口一般在全机安装固定后，根据工艺需要现场开口焊接。注意不要进、出料口位置安排在两端的轴承处和中间悬挂轴承处。螺旋给料器的机槽在进行安装时，一定要注意对中和找正，否则，工作时由于剧烈而周期的挠曲应力，会发生轴的断裂，轴承的使用寿命也将大大减弱。固定进料时，可采用装料设施以便可靠地调节螺旋给料器的进料量。装料设施可采用管状槽体的螺旋给料机，使物料在预定速度下从料仓中将物料输出，或采用旋转叶轮给料机，以一定的转速排出物料，其给料量由转速确定。具有多点进料的螺旋给料器，必须有灵活可靠的进料调节装置。在给定时间里仅需打开一个进料口时，应限制闸门或开关装置在最大开度时不至于使给料器超载。当需要开启多个进料口同时进料时，必须小心地调节限制每一个进料口的流量，以使其总量不要超过给料器的设计能力。直接由固定储仓进料的螺旋给料器，若没有流量调节装置，则将大大地增加超载的危险。进料时由于物料块度或颗粒的惯性作用会产生冲击，有碰坏或磨损设备的可能，为此可在进口溜槽中安装折流挡板或缓冲腔来加以克服。常用的螺旋给料器进料布置如图37所示图37螺旋给料器的进料布置标准卸料是最广泛采用的卸料布置，采用标准卸料口来约束物料的卸出并直接将物料送入后续的设备或储存装置。终端卸料的卸料口位于螺旋给料器槽体的最末端。闸板卸料采用手轮或链轮操纵的齿条及小齿轮平闸板，进行有选择地定量卸料、闸板的操作方向可与给料器的轴呈平行或垂直。无接管的卸料口是在给料器槽体底部直接开口。开底卸料是在给料器槽体的底部按任意要求的长度开口卸出物料，用于向料斗、料仓的卸料及布料。槽体端部卸料是指物料直接通过给料器槽体端部的开口卸出，螺旋由局部端板支承，轴承安装在端部的法兰上，当给料器填充系数超过0.45时将不能采用这种卸料方法。端部敞开卸料时，给料器尾节螺旋采用标准的悬挂轴承支承。常用的螺旋给料器卸料布置见图38所示。图38螺旋给料器的卸料布置根据实际情况，选用标准的卸料布置，为防止物料满溢，在卸料口和槽体端部间装设一节与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积。3.2.5驱动装置螺旋给料器的驱动装置由电动机、减速器、联轴器及底座组成。LS型螺旋给料器的驱动装置有五种形式：第一种为TY型驱动装置，由TY型同轴式减速器和弹性柱销联轴器构成，功率范围为0.550.45KW；第二种为YY型驱动装置，由ZSY型减速器，Y系列电动机，弹性柱销联轴器和底座构成，最适用于LS630LS1250,螺旋给料器，功率范围为7.575KW，YY型驱动装置有型（即右装）和型（即左装）两种装配型式。站在电动机尾部向前看，减速器的低速轴在电动机右侧者为型，减速器的低速轴在电动机左侧者为型。第三种为YJ型驱动装置，由Y型电机和ZQ型减速器组成；第四种为YTC型驱动装置，由YTC型同轴式齿轮减速器与Y型电机组成；第五种驱动装置并非每一个制造厂都能配备。下表是TY型驱动装置和地脚螺栓尺寸及重量表。规格型号转速r/min同轴减速器型号许用长度mHH1ll1F1LS31580TY80-18-2.2TY100-18-4TY112-18-5.5TY125-18-7.5TY140-18-118152027353623984394804921802002252502657908549411003114237141143145049523227228230134663TY100-22.4-2.2TY100-22.4-3TY112-22.4-4TY112-22.4-5.5TY125-22.4-7.5913182535398398439439480200200225225250834834886941100341141143143145027227228228230150TY80-28-1.5TY100-28-2.2TY100-28-3TY112-28-4TY125-28-5.5TY140-28-7.581217233035362398398439480492180200200225250265755834834886963106537141141143145049523227227228230134640TY100-35.5-1.5TY100-35.5-2.2TY112-35.5-3TY125-35.5-4TY125-35.5-5.51015202735398398439480480200200250250250799834866908963411411431450450272272282301301规格型号转速r/min同轴减速器型号F2F3C1C2M*l0重量G3，kgLS31580TY80-18-2.2TY100-18-4TY112-18-5.5TY125-18-7.5TY140-18-118080110110110240275285320350210260285310350180180240240240M16*400M20*400M20*400M24*400M30*50010714320623335263TY100-22.4-2.2TY100-22.4-3TY112-22.4-4TY112-22.4-5.5TY125-22.4-7.58080110110110275275285285320260260285285310180180240240240M20*400M20*400M20*400M20*400M24*40013313817720623350TY80-28-1.5TY100-28-2.2TY100-28-3TY112-28-4TY125-28-5.5TY140-28-7.5808080110110110240275275285320350210260260285310350180180180240240240M16*400M20*400M20*400M20*400M24*400M30*5009913313817721930440TY100-35.5-1.5TY100-35.5-2.2TY112-35.5-3TY125-35.5-4TY125-35.5-5.58080110110110275275285320320260260285310310180180240240240M20*400M20*400M20*400M24*400M24*400125133171190219由于所设计的给料器运载量大，在使用过程中会出现如进料量不稳定，超载运行等情况，根据LS315的数值来选择，由于计算出n=40r/min，所以选择驱动装置的型号为TY100-35.5-1.5。图39水平螺旋给料器传动布置形式4水平给料器工作过程分析4.1物料的运动分析和叶片的设计当螺旋升角为并在展开状态时，螺旋线用一条斜直线表示。则旋转螺旋面作用于半径为r（距螺旋轴线之距离）处的物料颗粒A上的力为P合。由于摩擦的原因，P合之方向与螺旋线的法向方向偏离了角。此力可分解为切向分力P切当螺旋体传动时，进入机槽的物料受到螺旋叶片的法向推力，该推力的径向分量和叶片对物料的摩擦力将物料绕轴转动；而物料的重力和机槽对物料的摩擦力又阻止物料绕轴转动。当螺旋叶片对物料法向推力的轴向分量克服了机槽对物料的摩擦力及法向推力的径向分量，物料不和螺旋一起旋转，只沿料槽向前运移。其情况犹如被持住不能转动的螺母在旋转的螺杆上作直线运动一样。但是物料颗粒在输送过程中，其运动由于受旋转螺旋的影响并非作单纯的直线运动，而是一个空间运动。和法向分力P法，如下图所示。图中角是由物料对螺旋面的摩擦角及螺旋表面粗糙程度决定的。对于一般冲压而成或经过很好加工的螺旋面，可以不考虑螺旋表面粗糙程度对角的影响，此时则认为。图41螺旋面作用于物料颗粒的力图42物料运动速度的分解物料颗粒A在P合作用下，在料槽中进行着一个复合运动，即具有圆周速度v侧和轴向速度v轴，其合成速度为v合，图表示了其速度的分解。若螺旋的转速为n，处于螺旋面上的被研究物料颗粒A的运动速度，由图中三角形ABC可得 (4-1)因为 (4-2)所以圆周速度为 (4-3)以摩擦系数=tan代入上式，得到圆周速度由于因此，将上述各式代入并经过换算后，便可求得物料颗粒的圆周速度计算公式，式中：s螺旋的螺距(m) n螺旋的转速(r/min) r所研究的物料颗粒离轴线的半径(m)面物料与螺旋面的摩擦系数面=tan若使公式对r求一次导数，并令其值，便可求得存在v圆最大值的半径为 (4-4)同样，根据图4-2的速度分解关系，可得物料颗粒的轴向输送速度的计算公式： (4-5)图4-3表示了对于几种不同螺距的速度v圆和v轴随半径而变化的曲线图。由图中可知，对于处于直线OB1B2B3m以右的r值的母线螺旋而上的被输送物料，其圆周速度v圆在半径长度范围内并不是常数，因此，在其运移过程中要产生物料之间的相对滑动。在靠近螺旋轴的物料之圆周速度要比外层的大，但该处的轴向输送速度却显著降低。所以使内层的物料较快地绕轴进行转动，较早地到达表面，这就产生了一个附加料流。它不仅对物料的输送起着不良的影响，同时也增加了功率的消耗。但在靠近螺旋外侧的物料，其轴向输送速度要大于圆周速度。图43 速度Vm和Vr随半径变化的曲线为了避免直母线螺旋面的上述问题，而又能获得物料的最大轴向速度，因而采用如图4-3所示的弯曲母线螺旋面。这种螺旋面在靠近螺旋轴处的升角为正，而在靠近槽壁处的升角为负。这样在靠近螺旋轴的区域处将具有指向槽壁的径向速度，增加了内层物料对外层物料的压力和摩擦力，致使螺旋轴附近的附加料流适当地减小。但在靠近槽壁处，由于具有升角负的螺旋面，亦具有指向螺旋轴线的圆周速度，则使该处物料对料槽槽壁的压力降低，乃至消除，从而减落或避免了由此引起的能量消耗和物料轴向输送速度的降低。水平螺旋给料器工作时，物料在机槽底部并偏向转动方向的一侧，该物料面与水平形成的夹角为物料的倒塌角，如图4-5所示。在此面上物料处于力的平衡，当物料面转角d时，物料沿倒塌角下滑，形成倒塌现象。倒塌下来的物料一图44弯曲母线螺旋面的形状及其速度曲线图45 物料在料槽中的倒塌角部分不断翻起在落下，一部分越过轴并落到轴的另一侧，即下一个螺距中，形成附加料流。因此，当给料器工作时，应使物料面的转角不大于物料的倒塌角，即式中：0物料在静止状态时的内摩擦角（） d螺旋给料器稳定工作时物料面形成的倒塌角（）物料面的转角（）在螺旋给料器工作过程中，物料面的转角与填充系数即进料量、螺距大小及螺旋面的型式等因素有关。螺旋给料器工作时，机槽中物料的填充系数（即进料量）影响输送过程和能量消耗。图46是输送粮食时（这里可以借鉴下），对于不同填充系数的物料层堆积的情况及其滑移面。当装满系数较小时（即=5），物料堆集的高度低矮且大部分靠近槽壁而具有较低的圆周速度，物料运动的滑移面几乎平行于输送方向，见图4-6a。物料颗粒在轴向的运动要比圆周方向显著得多。所以，这时垂直于输送方向的附加料流很少，单位能量消耗也较低。但是，当填充系数提高（=13或=40）时，则物料的滑移面将变陡，见图4-6b、c。此时，物料在圆周方向的运动加强，在输送方向的运动减弱，附加料流增大，导致输送速度的降低和附加能量的消耗。因而，对于水平螺旋给料器来说，物料的填充系数并不能无限增加，一般取填充系数45。各种散粒物料的填充系数可参考化学工业出版社出版的1999版运输机械设计选用手册下册P335表15-1。图46 不同填充系数时物料层堆积情况及其滑移面 a. =5% b. =13% c. =40%填充系数主要与被输送物料的性质有关。输送细粉、易流动且没有磨琢性或有轻微磨琢性的散状固体物料时（如面粉、谷物等），填充系数可达到0.45；如果被输送的物料易于粘结或具有中等程度磨琢性的细粒或小块，则填充系数限制在0.3左右。如果与此同时物料还有一定程度的磨琢性，螺旋的转速就要减少。对于磨琢性的及大物料（如矿石等），填充系数将进一步地限制，大约只能取0.15。螺距的大小也直接影响物料的输送过程，如果填充系数不变，当螺距不同时，则物料的滑移面亦随之改变。如果改变了填充系数，则必导致物料运动速度分布的变化。所以，应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系等两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。从图4-1可得出物料颗粒A所受螺旋面在轴向方向上的作用力为 (4-6)为了使P轴0，则必须满足根据前面的讨论得知，最小的半径r=d/2（其中d为螺旋轴的直径）初所得的螺旋升角是最大的，则轴向输送方向的作用力P轴最小。根据这个条件，最大的许用螺距值应由下面两式求得 (4-7)若以k1=d/D（D为螺旋的外径）代入上式，则得确定最大的许用螺距时，必须满足的第二个条件是建立在使物料颗粒具有最合理的速度各分量间的关系的基础上。亦即应使物料颗粒具有尽可能大的轴向输送速度，同时又使螺旋面上各点的轴向输送速度大于圆周速度，如图4-2所示。螺距的大小将影响速度各分量的分布。当螺距增加时，虽说轴向输送速度增大，但是会出现圆周速度不恰当的分布情况；相反，当螺距较小时，速度各分量的分布情况较好，但是轴向输送速度却较小。于是，根据在螺旋圆周处的v圆v轴的条件，并利用公式可得又因为此时2r=D（螺旋圆周处），故得求螺距的第二个条件为 (4-8)分析了填充系数及螺距对物料输送过程的影响后，可以指出，对于较大的装满系数，应取最小的螺距值；反之，对于较小的装满系数，螺距可偏于取最大值。由前述知，在螺旋面同一母线上各点的升角不同。叶片外缘点处升角外最小，向内升角逐渐增大，至叶片内缘点处即靠近螺旋轴处的升角内最大。由此得知，螺旋叶片同一差别越大，各点处物料转角的差别越大，在较大的半径范围内物料转角速度各分量分布的影响也可知，螺距增大，在靠近螺旋轴处物料的v圆显著增加，且在较大的半径范围内v圆v轴，使较多物料的转角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。图47a绘出了水平螺旋给料器的容积生产率V与螺旋轴直径d、物料与螺旋叶片摩擦系数tan1间的关系。该图是在螺旋直径D保持不变时，s/D=1的情况绘制的。由图可知，水平螺旋给料器的容积生产率是随螺旋轴直径d及物料与叶片间的摩擦系数f1=tan1的增大而下降的。而图47b则绘出了水平螺旋给料器的容积生产率与s/D的比值及物料与螺旋叶片间的摩擦系数的关系。由图可知，s/D比值的适宜范围是0.81.25，在此范围之外，生产率则明显下降；此外，物料与螺旋叶片间摩擦系数的大小对产量也有较大的影响，特别是当s/D比值较大时，随着f1=tan1的增大，产量下降得很厉害。例如，当s/D=2时，若f1=0.3，则V=950；若f1=0.9，则V=0，即此时物料只随螺旋叶片转动而其轴向运动停止。因此，除适宜选择s/D比值外，还应恰当地选择螺旋叶片的材料及其光滑程度，以尽量减小物料与螺旋叶片间的摩擦系数。（a）（b）图47通过以往试验得知，螺旋在一定的转速内，对物料颗粒运动的影响并不显著。但是当超过一定的转速时，物料受到过大的切向力而被抛起，开始产生垂直于输送方向的径向跳跃，从而对输送过程产生不利影响。因此，螺旋的最大许用转速应根据被输送物料的最低跳跃高度来确定。但是，由于至今尚缺乏有关各种物料的许用最低跳跃高度的资料，因此在实用计算中，用下列经验公式来确定螺旋的最大许用转速： (4-9)式中，D螺旋直径（m） A物料特性系数，由化学工业出版社出版的1999版运输机械设计选用手册下册P335表15-1查出从式可知，螺旋的最大许用转速是螺旋给料器直径的函数，同时也和输送物料性质及填充系数有关。在满足输送量要求的情况下，应选用较低的转速，以减小物料对螺旋叶片及机壳磨损，延长使用寿命。5总体设计计算5.1被输送物料的名称及特性（1）物料：煤粉（2）无烟煤松散密度=0.6t/m3 （3）煤粉为干的，无磨琢性5.2选型要求（1）水平输送，输送长度为2600mm （2）输送能力Q=0.610t/h （3）螺旋直径D=300mm、螺距s=300mm (4) 电机功率1.5KW5.3螺旋给料器的设计计算由于该机械用于纯运输，因而选用实体螺旋面型叶片；根据选型要求，确定该机为LS型螺旋给料器。根据查表1523 LS型螺旋输送机规格及技术参数表(运输机械设计选用手册）得知：规格型号螺旋直径（mm）螺距（mm）技术参数nQnQnQnQLS2502502509024712056164513LS3153153158034632650214016注：n-转速，r/min(偏差允许在10%范围内)；Q-输送量，m3/h;表中Q值的填充系数为0.33。而此次课题设计的直径为300mm，由于没有以上的参照，可以在两者之间按比例取值。或是沿用最接近的值。规格型号螺旋直径（mm）螺距（mm）技术参数nQnQnQnQLS3003003008232652452194215（1）1.螺旋给料器的输送能力Q可按照下式计算: (5-1)式中 D _螺旋直径, m； n _螺旋轴转速,r/min； t _螺距,m； _物料松散密度，； _ 物料填充系数见下表所示； C _ 给料器倾角系数,参见小表所示。2. 螺旋输送机内的物料参数物料名称煤粉水泥生料碎石膏石灰物料松散密度，t/m30.61.251.11.30.9填充系数0.40.280.330.280.330.250.30.350.4物料阻力系数w01.22.21.82.5表内物料松散密度数值只供计算螺旋给料器能力用。3. 物料阻力系数物料特征物料的典型例子物料阻力系数w0干的，无磨琢性粮食、谷物、煤粉、面粉1.2湿的，无磨琢性棉子、麦芽、糖块、石英粉1.5半磨琢性纯碱、块煤、食盐2.5磨琢性砂、水泥、焦炭、卵石3.2强磨琢性或粘性石灰、矿砂、砂糖、炉灰4.04. 物料的填充、特性、综合系数物料的粒度物料的磨琢性物料的典型例子推荐的填充系数推荐的螺旋面型式特性系数K综合系数A粉状无磨琢性半磨琢性面粉、石灰、石墨0.350.40实体螺旋面0.041575粉状磨琢性水泥、白粉、石膏粉0.250.30实体螺旋面0.0505355. 倾角系数表倾斜角 05101520螺旋输送机倾斜布置时的输送量校正系数C1.00.90.80.70.65（2）螺旋给料器转速螺旋给料器的工作转速与物料特性有密切关系，高转速螺旋给料器的制作和装配要求严格，而且平衡性好，表中的每种规格有四中转速选择，实际上比较保守，特别是大,中规格，转速偏低。造成较大浪费，建议在选型时取表中较高的转速，综合效果更好。（3）螺旋给料器的功率的计算螺旋给料器所需功率 (5-2)式中 Q 输送量,t/h w 阻力系数,参见上面表 L 螺旋给料器长度,m D 螺旋给料器直径,m H 倾斜布置时的垂直高度,m电动机功率 (5-3)式中为驱动装置的总效率一般取=0.850.9。(4)LS螺旋给料器的选用选型要求根据设计要求产量为0.610t/h，螺旋给料器直径为:300mm。其次根据查表可得物料的松散密度为=0.62，物料的填充系数为，给料器倾角系数C=1。5.3.1确定螺旋直径D (5-4)式中 Q输送能力，0.610 ；K物料特性系数，煤粉的K=0.0415；物料填充系数，煤粉的=0.350.40，取=0.4（参考化学工业出版社出版的1999版运输机械设计选用手册下册P335表15-1）；C倾角系数，水平输送C=1。则: 根据课题要求，D=300mm，符合5.3.2 确定螺旋转速n螺旋转速在满足输送能力的条件下不宜过高，以免物料受过大的切向力而被抛起，以致无法向前输送。因此，螺旋轴转速n不能超过某一极限转速nj式中 A物料综合系数，煤粉的物料综合系数A=75（参考化学工业出版社出版的1999版运输机械设计选用手册下册P335表15-1）则：根据要求计算出来的转速n按照LS螺旋给料器的型号要求圆整n=120r/min，验算所得=0.1094不在0.350.40之间，所以应降低转速n，当转速n=42时， =0.31，接近，所以沿用LS315的值。故取转速n=42r/min 。将数据代入得n=42r/min.根据上面的表查得n=42、 Q=15 时选择用LS300的螺旋给料器。6总体尺寸设计6.1 LS螺旋给料器的外形及尺寸根据求得的速度为40r/min，选择型号为LS300的螺旋给料器，基本上可以确定螺旋给料器的外形尺寸，具体尺寸参考（运输机械设计选用手册）P359，根据所选择的减速器型号去确定它的外形尺寸。其外形尺寸如下表。表见(运输机械设计选用手册)P359,通过查表可得螺旋给料器的外形尺寸,并根据它的外形尺寸绘制零件图。外形尺寸：规格型号PReOTSKLLS300363581833123173253201736.2附件尺寸6.2.1进、出料口LS型螺旋给料器进料口有方形进料口及圆形进料口两种形式，LS160LS630七种型号的螺旋给料器可选配方形出料口、手推式出料口及齿条式出料口三种结构型式。LS800LS1250三种型号的螺旋给料器可选配方形出料口、齿条式出料口及电动推杆式出料口三种结构型式。进料口出料口本次设计LS300型选用方形进、出料口。安装尺寸如下图：（见运输机械设计选用手册表15-31，方形进、出料口安装尺寸）进、出料口的安装尺寸：参数A1A2A3H1n1B1B2B3H2n2RLS250356330270120389374330276195489138LS30042438032613548124263853282184812163LS315444394334140481344240234222548131717无极变速器7.1 变频调速器变频调速器（frequency changer / frequency converter）是一种用来改变交流电频率的电气设备。此外，它还具有改变交流电电压的辅助功能。过去，变频调速器一般被包含在电动发电机、旋转转换器等电气设备中。随着半导体电子设备的出现，人们已经可以生产完全独立的变频调速器。变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器.正确选择通用型变频器对于传动控制系统能够的正常运行是非常关键的，首先要明确使用通用变频器的目的，按照生产机械的类型、调速范围、速度响应和控制精度、起动转矩等要求，充分了解变频器所驱动的负载特性，决定采用什么功能的通用变频器构成控制系统，然后决定选用哪种控制方式最合适。所选用的通用变频器应是既要满足生产工艺的要求，又要在技术经济指标上合理。若对通用变频器选型、系统设计及使用不当，往往会使同用变频器不能正常运行、达不到预期目标，甚至引发设备故障，造成不必要的损失。另外，为了确保通用变频器长期可靠的运行，变频器地线的连接也是非常重要的。变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWMVVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。交流变频调速器的主要调速对象是交流感应电动机，变频器在对交流感应电动机实施调速过程中，输出电压和输出频率的变化必须遵守一定的规则。这就是通常所说的变压变频的基本原则。7.1.1变频调速器的基本原则交流电动机的同步转速表达式为：（7-1）式中，n 为电动机转速； f 为输入交流电源的频率； p 为电动机的极对数； s 为异步电动机的转差率。由式(1 1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。因此，改变交流电动机转速的方法有三种，即变频调速,变极调速和变转差率调速。其中，变转差率调速主要包括调压调速，串极调速和滑差电动机调速。在变频器调速问世前，是主要的调速手段，但由于其调速范围小，效率低，对电网污染较大，不能满足交流调速应用的广泛需求。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，特别是高性能大功率器IGBT的产品化，变频调速器在体积，性能及成本方面取得了飞跃的发展，并逐渐实用化。交流电动机是通过内部的旋转磁场来传递能量的，为了保证交流电动机能量传递的效率，必须保持气隙磁通量为恒定量.如果磁通量太小，则没有充分发挥电动机的能力，导致出力不足,反之,如果磁通量太大，铁芯过度饱和，会导致励磁电流过大，严重时会因绕组过热而损坏电动机，因此，保持气隙磁通量的植恒定不变，是变频变压的基本原则。三相异步电动机定子每相电动势的有效值为 (7-2)式中为定子每相由气隙磁通量感应的电动势的均方根值(V)，为定子频率(HZ)，为定子每相绕组的有效匝数，为每极磁通量(WB)。由式(1 2)可见,只要控制好和便可达到控制磁通的目的。下面将分两种情况说明。(1) 基频以下调速由式(1 2)可知,要保持不变,当频率从额定值向下调时,必须同时降低使 (7-3)即采用恒定的电动势频率比的控制方式.然而,绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以不考虑定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压则得： (7-4)恒压频比时，和都较小，定子阻抗压降不能再不考虑,这时，可以人为地把电压抬高一些，以便近似地补偿定子压降,带定子阻抗压降补偿的恒压频比控制特性曲线如下图(1-1)中的所示，无补偿的控制特性曲线则为。(2) 在基频以上调速在基频以上调速时，频率可以从往上增高，但电压却不能超过额定电压，多只能保持 ,这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电动机弱磁升速的情况。把基频以上和基频以下两种情况结合起来，可得图(1-2)所示的异步电动机变压变频调速控制特性曲线。如果电动机在不同转速下都能达到额定电流,即都能在温升允许的条件下长期进行，则转矩基本上随磁通变化。按照电气传动原理,在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩也降低，基本上属于“恒功率调速”。所以图形参考见书(变频器) 2007 电子工业出版社 P2-47.1.2变频调速器的工作原理异步电动机用变频器传动时的方块图如下图所示，下图所示的为整流器将交流变为直流，平滑波电路将直流电平滑，逆变器将直流变为频率可调的交流电。为了电动机的调速传动所给出的操作量有电压，电流，频率。变频器的基本构成变频器按照能量转换的环节可以分为交-交变频器，交-交变频器是把频率固定的交流电直接换成频率连续可调的交流电。其主要优点是没有中间环节，变换效率高，但其连续可调的频率范围小，一般为额定频率的1/2以下，故主要用于容量较大的速拖动系统中，交-直-交变频器是把频率固定的交流电换成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。交-直-交变频器原理框图变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。交-直-交变频器按照直流环节的储能方式又可以分为电流型交-直-交变频器和电压型交-直-交变频器.电流型交-直-交变频器直流环节的储能元件是电感线圈,电压性交-直-交变频器的直流环节的储能元件是电容器,两者的区别在于前者输出电流的波形是脉宽调制波(PWM)后者输出电压的波形是脉宽调制波(PWM)。7.2变频调速器的选型7.2.1 变频调速器的选用原则（a）负荷特性一般传送带其负荷特性可以认为是恒转矩性质，但要考虑用V/f方式控制时，电动机低速情况下散热恶化使温升提高和转矩降低的因素。最好是选用变频器专用电动机，采用风扇外冷使温升降低。如果选用矢量控制变频器就可以避免低速时转矩降低的影响。传动带变频调速时首先要考虑的就是保证足够的起动转矩和低速时转矩不降低。（b）传送带的加速按通用变频器的规范，过负载保护的额定电流的150%1min，过流保护按200%额定电流考虑，电动机的加速时间即按此计算，设加速时间为式中，t1为加速时间（s），J为换算到电动机轴上的转动惯量（(Kg.m)，n为电动机的转速，（r/min），最高频率为50HZ以下时，K1=1.3,频率为120HZ时，K1=0.75，TM为50HZ时电动机的额定转矩（N.m），T为电动机轴上的最大负载转矩（N.m）。若加速时间设定过短，则有可能因过流而使变频器跳匝，故应设置防止失速功能。(c)传送带的减速。减速时间为t2，其计算公式如下：式中，参数J、n、TM代表意义与上同，K2设为0.2，当用能耗制动时可设为11.5，TLmin为电动机轴上最小负载转矩（）。若减速时间设定过短，则可能使变频器内直流母线升压，过压保护动作使变频器跳匝，故与加速时情况相同，也应设置防止失速功能。根据螺旋给料器的电机功率为P=1.5KW，根据功率的要求，所以选择变频器的型号为TY100-35.5-1.5。变频器选型时要确定以下几点：1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。3) 变频器与负载的匹配问题； I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。 II.电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。 III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。变频器控制原理图设计：1) 首先确认变频器的安装环境： I.工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为055，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。 II. 环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。 III.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。 IV. 振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。 V. 电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。2) 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法： I.变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。 II. 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。 III.电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。 IV. 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。3) 变频器控制原理图： I.主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路 II. 控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。4) 变频器的接地：变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。5）变频器控制柜设计：变频器应该安装在控制柜内部，控制柜在设计时要注意以下问题： 1. 散热问题：变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占98%，控制电路占2%。为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热我们通常采用风扇散热；变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器运行；大功率的变频器还需要在控制柜上加风扇，控制柜的风道要设计合理，所有进风口要设置防尘网，排风通畅，避免在柜中形成涡流，在固定的位置形成灰尘堆积；根据变频器说明书的通风量来选择匹配的风扇，风扇安装要注意防震问题。 2. 电磁干扰问题： I.变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系统25%以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。 II.当系统中有高频冲击负载如电焊机、电镀电源时，变频器本身会因为干扰而出现保护，则考虑整个系统的电源质量问题。 3. 防护问题需要注意以下几点： I.防水防结露：如果变频器放在现场，需要注意变频器柜上方不的有管道法兰或其他漏点，在变频器附近不能有喷溅水流，总之现场柜体防护等级要在IP43以上。 II. 防尘：所有进风口要设置防尘网阻隔絮状杂物进入，防尘网应该设计为可拆卸式，以方便清理，维护。防尘网的网格根据现场的具体情况确定，防尘网四周与控制柜的结合处要处理严密。 III.防腐蚀性气体：在化工行业这种情况比较多见，此时可以将变频柜放在控制室中。6）变频器接线规范：信号线与动力线必须分开走线：使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，请将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线。距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部：连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰；同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。 1. 模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.75mm2。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。 2. 为了提高接线的简易性和可靠性，推荐信号线上使用压线棒端子。变频器的运行和相关参数的设置：变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。控制方式：即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。最低运行频率：即电机运行的最小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时，其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。最高运行频率：一般的变频器最大频率到60Hz，有的甚至到400 Hz，高频率将使电机高速运转，这对普通电机来说，其轴承不能长时间的超额定转速运行，电机的转子是否能承受这样的离心力。载波频率：载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。电机参数：变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。跳频：在某个频率点上，有可能会发生共振现象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时，要避免压缩机的喘振点。7.3 变频调速器的特点7.3.1 变频调速器的优点一变频器应用可分为两大类,用于传动调速和各种静止电源。1.）可对原有电动机进行调速，并使其不受电影的影响。如风机、水泵、空调、一般机械等。2.）可对其进行连续调速。因此可以根据实际需要选择最佳速度，以达到实际需求如机床,搅拌机,压缩机。3.）其可高速化、小型化，也可对其进行调节减速的大小。特别是在装载重物的时候，可以防止载重物倒塌。如，给料器械、内圆磨床、花纤机械。4.）可实现低速定转矩输出。即在低速时电动机堵转也没有关系。如一些定尺寸装置。5.) 如在一些生产流水线、车辆、电梯等场合，可不需要对电动机进行维护。6.）如在一些药品机械、化学工厂等场合，变频调速器与直流电动机相比，防爆容易，体积小，而且成本低。7）所需的启动电流可以很小。即电源设备容量可以很小。如压缩机。根据以上的特点，可按应用效果，用途，应用方式和应用方法进行总结如下表，并在下面按节能，提高产量，提高质量和其他四大类评述。变频器应用效果应用效果用途应用办法以前的调速方式节能鼓风机,泵,搅拌机,挤压机,1) 调速运转2) 采用共频电源恒速运转与采用变频器调速运转结合1) 采用共频电源恒速运转2) 采用挡板,阀门控制3) 机械式变速机省力化自动化各种搬运机械1) 多台电动机以比例速度运转2) 联动运转,同步运转7) 机械式变速减速器8) 定子电压控制9) 电磁转差离合器控制提高产量机床,搬运机械,纤维机械1) 增速运转2) 消除缓冲运动3) 对调油降低冲次2) 采用共频电源恒速运转3) 定子电压控制4) 带轮调速提高设备的效率(节省设备)金属加工机械采用高频电动机进行高速运转直流发电机-电动机减少维修(恶劣环境的对策)纤维机械,机床主轴传动,生产流水线,车辆传动取代直流电动机直流电动机提高质量机床，搅拌机，纤维机械，制茶机选择无级的最佳速度运转采用共频电源恒速运转提高舒适性空调机采用压缩机调速运转，进行连续温度控制采用共频电源的通，断控制除了上面所述的优点外，采用变频器还能取得以下效果，维护性提高，机械标准化，简单化，电动机的防暴化，高速化，电源设备容量的减少等。维护性提高。不论那一个例子，都是在性能上以前要求使用直流电动机，由于笼型异步电动机变频器传动的性能提高，使笼型异步电动机取代直流电动机成为可能，因而省去了对直流电动机的换向器,电涮的维护。机械的标准化，简单化。以前使用的笼型异步电动机的机械，当电源频率不同，电动机转速改变时，采用变换机械零件的方法来保证最大能力不变，如果采用变频器则对电源频率无要求。二程序编制简单方便，调速曲线平滑连续、工作稳定。（1）硬件简单、造价最低；（2）高速响应、低噪声、大范围、高精度平滑无级调速；（3）体积小、重量轻、可挂墙安装，占地面积小；（4）保护功能完善，能自诊断显示故障所在，维护简便；（5）操作方便、简单；（6）内设功能多，可满足不同工艺要求；（7）具有通用的外部接口端子，可同计算机、PLC联机，便于实现自动控制；（8）软起动、软停机，具有电流限定和转差补偿控制；（9）电动机直接在线起动，起动转矩大，起动电流小，减小对电网和设备的冲击，并具有转矩提升功能，节省软起动装置；（10）功率因数高，节省电容补偿装置；（11）与鼠笼式；转子电动机结合，使调速系统维护更加简单经济。三它还有其他方面的优点，如下：1）控制电机的启动电流：当电机通过工频直接启动时它将会产生78倍的电机额定电流这个电流值大大增加到由电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速电压启动（当然可以适当加转矩提升），一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以按照V/F或矢量控制方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分启动电流，提高绕组承受力。用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低，电机的寿命则相应增加。2）降低电力线路电压波动：在电机工频启动时电流剧增的同时电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障，跳闸或工作异常。

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