热管自动填粉机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985摘要螺杆式热管定量包装机的结构简单，不需要称重装置，充填效率高，应用十分广泛。螺杆式热管定量包装机中的主要研究对象时螺杆，其主要原理为通过控制螺杆的旋转圈数或旋转时间来控制被充填物料的重量。本文结合热管颗粒物料的运动物理性质，首先运用单质点法对热管颗粒的下料过程利用数学表达式进行了描述，确定单个粒子的下料轨迹方程，并分析了热管颗粒在XYZ三个方向的速度及加速度的变化。研究了运动中的热管颗粒的受力情况，以及热管颗粒的受力与螺杆的几何参数关系。其次分析计算阿基米德螺杆旋转时每个螺杆导程所包含物料容积的公式，阿基米德螺杆的轴向剖面是一个梯形，将整个梯形剖面分成两个三角形与一个矩形，利用积分方法分别求出它们的容积相加后即得整个螺杆导程内所包含热管物料的容积。再次对螺杆充填的理论功率与实际功率做了分析，得到螺杆充填效率的表达式。为了得到较高的螺杆充填效率，综合考虑螺杆的几何参数和螺杆转速之间的关系。关键词螺杆式；定量包装机；颗粒物料；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985IABSTRACTTHEPOWDERQUANTITATIVEPACKAGINGMACHINEISSIMPLE,DONOTNEEDWEIGHINGDEVICEAND,WITHHIGHFILLINGEFFICIENCY,THEAPPLICATIONHASBEENUSEDWIDESPREADTHESCREWPLAYANIMPORTANTROLEINPOWDERQUANTITATIVEPACKAGINGMACHINETHEMAINPRINCIPLEISTHATITCANCONTROLTHEFILLINGMATERIALWEIGHTBYCONTROLLINGTHELAPORROTATINGTIMEBASEDONTHEBASICPHYSICSOFPOWDERMATERIALSPROPERTIESFIRSTLY,USETHEMATHEMATICALMETHODTODESCRIPTTHEPOWDERPARTICLESBLANKINGPROCESS,DETERMINETHETRAJECTORYEQUATIONOFTHESINGLEPARTICLEMATERIALSANDANALYSESPOWDERPARTICLESVELOCITYINTHREEDIRECTIONS,THATISXYZVELOCITYANDACCELERATIONOFCHANGESTUDIEDTHEMOVEMENTOFPOWDERPARTICLESBETWEENTHESTRESSOFPOWDERPARTICLESANDTHESCREWGEOMETRYPARAMETERRELATIONSECONDLY,ANALYSISANDCALCULATETHEVOLUMEOFTHEARCHIMEDESSCREWARCHIMEDESSCREWAXIALPROFILEISAWHOLETRAPEZOIDALPROFILETRAPEZOID,WILLBEDIVIDEDINTOTWOTRIANGLESANDARECTANGULAR,USINGINTEGRALMETHODRESPECTIVELYANDASKOUTTHEIRVOLUME,ANDTHENADDINGTHEM,THEWHOLESCREWPALPITATIONSVOLUMEWILLBEGETTHIRDLY,ANALYSISTHETHEORYOFPOWERANDACTUALPOWER,GETTINGAUGERFILLINGEFFICIENCYOFEXPRESSIONINORDERTOGETAHIGHERAUGERFILLINGEFFICIENCY,NEEDCONSIDERTHERELATIONSHIPBETWEENTHESCREWSPEEDTHESCREWGEOMETRICPARAMETERSKEYWORDSSCREWQUANTITATIVEPACKAGINGMACHINEPARTICULATEMATERIAL买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985目录摘要VABSTRACTVI目录VII1绪论111课题的研究内容和意义112国内外的发展概况113课题研究目的和意义314课题研究的主要内容32热管自动填粉机总体设计方案521引言522热管填粉工艺过程及可行性分析5221工艺分析5222总体布局523总体传动系统6231上料系统6232计量充填系统6233输送系统8234自动控制系统924热管物料的基本性质925同心旋转形成的涡旋机理9251涡旋的定义9252螺杆旋转形成的涡旋机理926本章小结103热管颗粒下料的运动分析1131引言1132热管颗粒运动轨迹方程11321研究方法11322速度分析12323轨迹方程1433热管颗粒受力分析1534容积计算17341研究方法17342展开高度18343三角形区域的容积19344矩形区域的容积2035本章小结214螺旋输送机结构设计22买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985III41螺旋输送机的简介2242旋输送机总体结构设计22421电机的选择23422输送机的螺旋直径和螺旋轴的转轴24423螺旋输送机的功率计算和驱动装置的型号选择25424螺旋叶片的表面展开尺寸2643驱动端装置设计26431驱动端轴的最小直径的确定26432驱动轴的结构设计2744中间轴承装置2745尾端装置的设计28451计算轴的最小直径28452尾端轴的结构设计2846驱动装置和尾端装置轴的校核29461驱动装置的受力分析29462前端轴的校核30463尾端轴的校核315带式输送机结构简介3251带式输送机的应用3252带式输送机的工作原理3253传动形式与驱动装置33531传动形式的选择33532驱动装置的选择336结论与展望3561总结3562问题与展望35致谢37参考文献38买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985V买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851绪论11课题的研究内容和意义最近几年，国内经济飞速发展，大力发展自主知识创新，对积极研发高速度高精度的新产品产生了重要的影响。我国在热管定量包装设备的发展方面相对滞后，虽然自动热管定量充填包装机技术在我国从八十年代开始发展了将近二十年，发展逐渐壮大，在热管定量充填的技术上发展已经趋于成熟，可自主生产，不再依赖于进口，但是生产规模较小，产品结构的设计和自主研发环节的能力非常薄弱1。之前由于我国经济发展较慢、技术水平不高，热管定量包装行业长期处于生产效率低下的发展困境，大部分企业仍然是借鉴国外的先进技术和管理经验模式，以此降低生产成本，提高利润。但随着社会的进步，人民对生活水平要求也不断提高，生活品质也不断提高，尤其在我国进入WTO之后2，企业经济不断发展，各个企业面临相互间更大的竞争压力，因此在商品的包装方面，要求也越来越高。其中，比如，我们每天都用到的食盐、糖等日用品，还有洗衣粉、化肥等生产用品，以及病人经常用到的药品和营养热管等都是热管状物料，热管颗粒状物料与工农业生产和我们的日常生活密切相关，这些热管料都需要按各种规格进行定量充填和包装。因此，大力发展热管料的自动填粉机对我国的经济发展有着战略意义。由于我们国家人口较多，对热管充填包装商品的消耗量无疑是巨大的，而我国的包装产品发展与国外相比还有一定的差距，因此大多依赖进口，但如果单纯依靠先进的进口设备，成本就会增加，这使我国很多小包装生产企业都难以承受。因此，我们需要大力发展先进的包装科技，加强包装新材料的研发和应用，提高机器零件的加工工艺水平，保证定量充填包装商品的精度，注意减少对自然环境的破坏，保证被包装商品的卫生安全，开发出运行可靠、定量精确、生产效率高的自动定量填粉机，提高整个热管定量包装机械行业的发展水平，满足我国广大的市场需求，争取在广阔的国际市场中占有一席之地3。12国内外的发展概况广阔的市场，繁华的街道，热管包装机默默的为各行业提出最好的帮助。随着国际科技的发展，日新月异的产品陆续迈向了市场，包装设备也不例外，为适应市场的巨大变化，热管包装机时刻站在市场的前列，不断创新，先从自身做起，重抓技术和产品质量，开拓先河4。目前，国内对塑料挤出机螺杆和热管挤压或者热管膨化螺杆研究较多，而对于充填螺杆的研究相对较少。螺杆的精确加工可以保证螺杆的精度，对充填精度的提高有很大帮助。改革开放以来，随着大量成套设备的引进及国际间经济技术交流活动的开展，我国科技工作者对我国粉体包装机械给予了足够的重视。现在我国已经能自行设计制造出多种大、中、小型粉体包装机械。除了各种自动计量填粉机外，自动制袋、自动上袋、封口或缝口、印字，集装等机械也造出了样机。有的小袋自动包装机质量很好，不仅能满足国内市场需要，而宜还能出口，在国际上受到了好评。有的包装机的技术性能已赶上买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851当代国际先进水平。但总的来看，在这一领域我国与发达国家的差距还较大。主要表现在51、科研水平低。我国对粉体物性的测试缺乏现代化的仪器设备，缺乏专业人才。开展学术研究和交流活动也较差。我们在研制这类机械时往往不得不用实际产品做试验，反复多次，费功、费时、费钱。效果还不理想，使产品的研制周期拖长。2、自动化程度低。近几年来，许多单位只着重进行了自动计量填粉机的研制，缺乏对包装自动线的研制。3、设备成套性差。机械中的元件、器件或辅助机械往往配套难。如近年来引进了国外气缸制造技术但引进的气缸接口为英制螺纹，在国内难以选购到适合的气路接头。又如气缸用的关节轴承也难以选购到相配的产品。还有，有很多厂生产环带式热封机，但是很难找到能直接用在包装自动线上的热封机。4、品种规格少。粉体的种类很多，物理性能差别很大，不可期望研制出一种万用型粉体自动计量填粉机，只能针对具体对象采用具体的解决办法，以满足各类用户的不同需要。现在不仅品种少，规格也少，例如计量在110KG之内的粉体自动填粉机国内还是空白。5、专业化程度差。现在有许多国产机型刚刚研制出样机，没有改进定型，没有专业化厂家生产，因此外形设计及制造工艺水平较低。6、设计方式落后。包装机械行业现在还没有普遍采用计算机辅助设计技术，设计周期长，对市场的应变能力差。7、元件器件质量差。国产元件、器件的质量一般都比进口件差，以电子秤用的称重传感器为例，国外的产品能用数年不坏，国产件则远不如它。8、产品的耐用性、可靠性有待提高。9、对自动包装机的使用管理方式也落后。国内用户仍然轻视包装作业，不设立专门的技术总管人员，硬将机电一体化的包装机分成几个部分交几个部门分别管理。而且维护人员往往不进行运行前的检查和调整，要等机器用坏了才来修理。这样的管理方式是很难保证机电一体化产品的正常运行的。为了提高皮带传动精度、准确地控制螺杆转数，采用齿形带传动。小带轮为塔形结构，调整齿形带在带轮上的位置，即可调整计量螺杆的转数。为了进一步提高计量精度，采用螺杆加光电码盘的计量方式。搅拌电机动力通过减速器后，由链传动副传至搅动杆，用来破坏料斗中物料的应力分布，改善物料流动状态，稳定物料进人螺杆时的堆积密度，以提高计最精度。计量电机通过小带轮使大带轮转动，光电码盘同时转动。当计量开始时，电磁离合器接受信号，于是与螺旋轴连在一起的离合器和大带轮吸合，螺旋轴转动。当计量螺旋轴及光电码盘转过预定圈数满足计量要求时，对电气控制系统发出信号，离合器与大带轮脱开，制动器同时制动，计量与充填过程结束。我国热管包装机在市场中占有重要地位，但是暂时还没有完全取代过去的一些传统的设备，主要还是因为思想先进但是技术落后，一些陈旧的设备在很大程度上制约着包买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985装机械的进步，很多企业已经在尝试研发新的热管包装机，但是并没有从根本上改变设备的性能，无非是外型上发生了变化，内部还是原来的材料和装备，这种做法根本无法改变发展现状，想发展就必须彻底改变。粉体是指固体仰料的粒度在1MM以下的集合体。在热管、化工、建材等许多行业中常常需要进行粉体或粉粒混合物的计量和包装作业二过去靠人工操作不仅劳动强度大，而且飞杨的粉尘污染环境，有损操作人员的健康，尤其是有毒性粉尘危害更加严重。况且人工操作时计量往往不准确，难免有些散失，有些较贵重的粉体因此造成的经济损失和能源消耗是相当大的。在发达国家中，随着生产的发展及科学技术的进步，这类作业已经实现了自动或半自动的机械化生产。国外的粉体自动计量填粉机在朝着高精度，高速度、高自动化、高可靠性方向发展6。一方面不断改进已有机型，另一方面也在按市场需要研制新的机型其重要的技术措施是尽量利用成功的经验，尽量采用先进技术开展科学研究，改进制造工艺，不仅追求优良的技术性能，而且外观质量和造型设计也很讲究。国外在包装机械设计中较普遍地运用了计算机辅助设计技术，再加上自成体系的标准化工作，所以对市场需求反应较灵活，能较快地设计并制造出新的机型以满足各类用户的不同需要。13课题研究目的和意义近年来，随着人民生活水平的不断提高及世界著名热管公司不断进入中国市场，我国奶粉和高质量、高营养的蛋白粉等粉料类热管消耗量与日俱增，粉料加工行业发展速度日益加快。与此相适应，人们越来越注重热管安全，包装塑料袋对人体危害较大，因此有着替代塑料袋包装趋势的铁罐包装逐渐拥有越来越高的市场占有率。传统的半自动填粉机多为台式机型，结构简单，只能实现称量过程自动化，其它过程都靠手工完成，生产效率低，经济利益也较低，只能用于小规模生产，不能满足大规模的生产要求。目前我国市场上的热管罐装产品占有率逐年飙升，已经达到了百分之七十左右，面对如此多的罐装商品，罐装商品的质量和定量问题也同样值得关注。然而，有调查显示罐装商品的定量问题十分严重7。一些较为贵重的罐装商品存在的问题更为严重，比如茶叶、奶粉等。为什么定量包装商品会存在如此严重的亏量，究其原因，除了有些生产企业投机取巧获取非法利润外，包装设备落后则是主要原因。我国的填粉机械行业，在经历了七十年代起步，八十年代发展和九十年代实现高速增长，在国家和有关政府主管部门的支持下，经过全行业的努力，初步形成了门类比较齐全、品种基本配套的产业。随着相关行业的迅速发展，已形成一批重点骨干企业，形成了一批既能满足国内需求，又有部分畅销国外的优势产品。最近几年，我国部分大型企业的定量包装技术有了较快的发展，但大多数中小型企业，依然存在生产设备差、生产技术水平低等现象，造成产品运行不稳定，产品质量得不到保障，产品性能单一，在国际市场上缺乏竞争力8。早在九十年代初期，发达国家的小称量定量包装机械发展迅猛，日本、德国、美国和意大利四国共同垄断了世界上大约四分之三的包装机械产品，技术含量也越来越高。我国虽然由于人口众多，发展成生产包装机械的大国，但并没有成为生产包装机械的强国，技术水平相对落后，在机械的设备、质量等很多方面跟发达国家还有一定的差距。因此我国面对如此严峻的发展形势，买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853需要积极开发研究定量充填包装技术。本文即是对容积式定量充填包装技术常用的一种方式螺杆式定量充填技术的研究。14课题研究的主要内容本课题针对热管料利用螺杆充填下料的问题，主要研究分析螺杆的各个参数对充填的影响，找出热管颗粒在螺杆下料过程中的运动轨迹，建立数学模型，对螺杆设计提供理论指导，还有热管料的输送机的设计以及罐体输送机的设计。本课题具体研究内容如下（1）研究螺杆式填粉机的总体设计结构，然后对关键结构进行设计计算。（2）根据螺杆的受力情况及运动轨迹方程，对螺杆充填的效率进行分析，通过效率分布曲线确定出较好的螺杆转速范围及螺旋升角。（3）对热管料的送料机构进行设计，包括电机的选择以及驱动装置的设计。（4）对圆柱型罐体输送机进行设计，即皮带输送机的设计。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098582热管自动填粉机总体设计方案21引言填粉机从整体结构上来分，主要有气流式填粉机和螺杆式螺旋下料填粉机。从其应用对象来分又有液体填粉机、粉料填粉机和大颗粒填粉机。各种填粉机的工作原理和结构都有其不同之处9。气流式填粉机，原理是利用真空吸取定量容积粉剂，再通过净化干燥压缩空气将粉剂吹入袋或瓶中。螺杆式填粉机，原理是通过控制螺杆的转速，来量取定量粉剂再装入袋或瓶中。22热管填粉工艺过程及可行性分析221工艺分析热管填粉机是针对热管颗粒进行外包装的一种手段。在工艺分析中，首先对内装物物件的特性、填粉材料和填粉过程作详细的分析和研究，并对单功能机的分析，进行扩展其功能，如扩展它的填粉尺寸范围、扩展它的填粉物件、扩展它的填粉材料、扩展它的填粉生产力等。这些扩展涉及到的主要部件的分析比较，以便得出可靠的机构。222总体布局填粉工艺确定以后，要考虑如何实现这种填粉动作。因此，要求选择合适的传动、操作和执行机构。这些机构组成若干个部件，这些部件相互位置怎样安排，它们又是怎样联系和形成一个完整的总体，这就是填粉机总体设计的任务。填粉机的传动与控制机构，可以采用机械式，液压式，或气动式。应根据产品的特点、生产能力、使用者的情况等具体条件以及机器动作的复杂程度而定。热管填粉机要求每分钟生产1520盒。要实现这样高的填粉速度，而且要保证动作的相互协调和工作可靠稳定，用液压式或气动式控制机构稍微有点困难，因为液体粘度大，气体有很强的压缩性，当运动处于高速状态时惯性发热高、冲击大，液体还会因温度的升高而使粘度发生变化，影响生产运动的可靠性，所以一般只用于动作较慢的活塞往复运动机械。目前国内外在粉料填粉机中大多采用机械传动方式。因为机械传动机构能严格保证动作的可靠性10，并配合先进的微机控制技术和电子技术，能够实现比较复杂的生产动作，从而能进一步提高生产率。本文设计的热管填粉机的操纵系统采用机械式控制系统，涉及有链条传动，带齿形带传动，齿轮传动等传动机构。布局形式的选定，最主要根据填粉工艺的特点即决定于填粉的工艺性。布局式要便于填粉，使机构简化，工人操作和维修方便。根据填粉工艺，碳粉填粉机布局形式宜采用立式布局，这样便于进料、送盒、填粉等。在设计中总体布局要求1在能满足生产设备多功能的基础上，保证传动结构设计简单；2机械操作，操作简单，易上手；3操纵手柄要安放在便于操作的位置；4送料机构的摆放位置要方便安全；5移动安装方便，外形简洁。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985523总体传动系统231上料系统上料系统由贮料斗、提升螺杆、电机和支架组成11。上料系统的贮料斗为螺旋式，防止物料粘连，保证输送顺畅，容积大可贮藏一定量的物料，满足后期的连续化生产需要。螺杆提升物料，速度快，占地少。上料管与称料斗连接处采用软连接，防止上料系统振动对称量的影响，保证填粉系统的稳定性。软连接用帆布袋，可透气，能清洗。1上料系统2输送带3支架4称量填粉系统5填粉口6电机7称料斗8控制柜图21全自动热管填粉机结构示意图232计量充填系统螺杆式充填系统主要由伺服电机、进料口、出料口、储料仓、螺杆、控制室等组成12，如图22所示。图22计量充填系统示意图买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985螺杆计量装置是通过控制螺杆旋转的转数或时间来量取产品。螺杆每圈螺旋槽都有一定的理论容积，在物料的堆积密度恒定的前提下，只要准确地控制螺杆转数或更换螺杆，就能完成计量。为了提高皮带传动精度、准确地控制螺杆转数，采用齿形带传动。小带轮为塔形结构，调整齿形带在带轮上的位置，即可调整计量螺杆的转数。为了进一步提高计量精度，采用螺杆加光电码盘的计量方式。搅拌电机动力通过减速器后，由链传动副传至搅动杆，用来破坏料斗中物料的应力分布，改善物料流动状态，稳定物料进人螺杆时的堆积密度，以提高计最精度。计量电机通过小带轮使大带轮转动，光电码盘同时转动。当计量开始时，电磁离合器接受信号，于是与螺旋轴连在一起的离合器和大带轮吸合，螺旋轴转动。当计量螺旋轴及光电码盘转过预定圈数满足计量要求时，对电气控制系统发出信号，离合器与大带轮脱开，制动器同时制动，计量与充填过程结束。然后进行包装，当包装完毕后，再重复下一个同样的计量循环14。图23工作时序图2321螺杆叶片的形状螺杆根据螺旋叶片旋向的不同可分为左旋和右旋螺杆，也可以根据头数的不同分为单头、双头和三头螺杆。多头螺杆一般用于热管加工方面，比如热管的搅拌和混合等，本文中主要研究定量充填所用的螺杆，其中最常用的是单头右旋螺杆15。螺旋叶片的形式主要有以下几种，如图24所示，其中实体型螺杆是最常用的，它适用于输送流动性较好、干燥的、小颗粒或热管状物料16。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709857图24螺旋叶片形式2322螺杆填粉机的特点对粉粒状物料进行自动定量充填包装，从定量原理的角度来看，主要有两种方式容积式定量充填包装和称重式定量包装17。现在广泛应用能自动计量的机电秤和电子秤，其静态计量精度可达00518，电子秤的分辨率还可高于此值1倍以上，并能采用减重式计量。电子秤可以自动调零，能打印输出计量结果，还能自动修正计量偏差，所以它不仅适用于不粘附的粉体及颗粒体，而且还适用于有些粘附力的粉体。不仅适用作有斗秤，而且适用作无斗秤。电子秤由于其传感器类型不同而有多种型式，如电阻应变片式、电容式、差动变压器式及振动弦式等，其中以电阻应变片式应用最为广泛。近十年来，国外的电子称量技术发展很快，逐步克服了性能不稳定、不可靠的缺点，在自动计量包装机械中大有取代其它秤的趋势。机电秤一般没有自动调零功能，不能自动扣除秤斗上粘附的粉体的重量，所以只适用于干燥的粘附性小、流勺性好的粉体及颗粒料。机电秤也可以作成无斗秤，但要求包装容器自重误差较小才好。机电秤的响应速度较快，抗干扰能力强，用户易于掌握和维修，因此机电秤在自动计量包装机械中仍然占有一定位置19。容积式定量充填包装是通过控制被充填物料的容积来实现定量充填的，它的优点是结构简单，不需要称重装置，成本较低，充填效率高，充填精度根据被充填物料的不同而有较大变动是其缺点，主要依赖于被充填物料视比重的稳定性、物料颗粒的大小均匀程度以及物料的吸湿性和松散程度等特性。与容积式定量充填相比，称重式定量充填是通过控制被充填物料的重量来保证充填的精度，结构相对较为复杂，成本也较高，利润较低，充填效率也低于容积式充填。目前称重式定量充填采用的秤主要有三种，分别是机械式杠杆秤、电子称和机械电子组合秤。为了提高定量精度和给料速度，根据给料方式的不同分为单级给料和多级给料。一般采用多级给料方式，即一边给料一边称重的动态称量。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985233输送系统本设计采用皮带输送机，输送带初步设计长4米，左端连接上罐平台，填粉口位于整条带的中部，填粉口下方安装控罐机构，使空罐定位在填粉位置，定位完成后传感器传送信号，电机启动，称量螺杆旋转，开始下料填粉，旋转速度和时间由控制系统自动设置。填粉完成后，罐前行下一空罐进入填粉位置。234自动控制系统自动控制系统采用先进的可编程控制器自动控制生产全过程，液晶显示屏显示当前填粉状态，自动计数，按钮可以调整填粉速度、填粉容量。24热管物料的基本性质若想要分析某一种热管在定量充填过程中的运动轨迹，首先要了解热管料的基本物理性质，而其中最基本的一个性质是热管的半径的物理性质。热管颗粒的形状大小及颗粒分布状态对热管充填的过程影响是极大的。如传统材料中的咖啡，粗细颗粒的分布、颗粒的大小形状对产品性能有着非常大的影响，例如医药行业中的某些药剂，可以通过改变药剂的颗粒大小来改变药剂的用量和吸收性。25同心旋转形成的涡旋机理251涡旋的定义涡旋是指一种半径很小的圆柱在静止流体中旋转引起周围流体作圆周运动的流动现象，是涡量聚集的涡结构，一般旋涡内部有一涡量的密集区，称为涡核，一群流体微团围绕涡核旋转。我国北航教授陆士嘉也指出，流体的本质运动就是涡，因为流体经不起搓，一搓就搓成了涡。这里所提到的“搓”是指流体在运动中所受到的剪切力20。德国物理学家、近代力学奠基人之一屈西曼，简单而又明了的说明了涡旋在流体运动中的重要性，即涡旋是流体运动的肌腱。陆教授指出了固体与流体的本质区别，也说明了流体运动中出现涡旋现象的原因。在螺杆式热管定量包装机中，旋转的螺杆对储料器中热管物料起到了“搓”的作用，使热管物料的流动速度、运动密度等发生了变化，热管物料的流动变为有旋流动，形成了流体运动中的漩涡。252螺杆旋转形成的涡旋机理同心旋转的定义为两同心圆柱之间的相对旋转，螺杆式热管定量包装机内部就属于同心旋转的范畴，从相对运动学的角度出发，由于螺杆与储料仓是同心的，虽然螺杆外围的储料仓是静止不动的，但当螺杆旋转时，螺杆与外部储料仓属于同心旋转。在不同的条件下同心旋转运动会产生结构各异的涡形，同心旋转最典型的的流动模型为两同心圆柱之间旋转形成的库埃特流，而库埃特流也是形成涡旋的典型流动方式21。典型的库埃特流实验的示意图如下所示，为内外圆柱的同心相对旋转。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709859（A）旋转库埃特流；（B）同心圆筒间的泰勒涡图25旋转库埃特流实验示意图圆柱的内半径为1R，以角速度1旋转，圆柱的外半径为2R，以角速度2旋转22，经典的库埃特流模型为内外圆柱同心旋转，同时旋转的圆柱之间充满了一定黏性系数的流体。库埃特流模型规定，如果内外圆柱的长度远远大于内外圆柱之间的间隙，则内外圆柱两端的端部效应可以忽略，圆柱可以近似的被看成无限长。总上所述，同心旋转会形成涡旋运动，螺杆式热管定量包装技术与同心旋转不同的是，充填螺杆代替库埃特流模型的内圆柱，储料器代替了库埃特流的外圆柱，这样就形成了同心旋转问题，螺杆填粉机的螺旋叶片作用在热管物料上，产生了螺杆填粉机内的涡旋运动。26本章小结本章分析了螺杆式填粉机的功能高速、多功能、范围大，提出填粉工艺路线图和合理的布局。其次主要研究了螺杆填粉机中螺杆的运动机理及特点，以及螺杆叶片的形状对热管下料时的影响。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853热管颗粒下料的运动分析31引言目前国内外热管定量包装主要使用螺杆式定量充填包装机，利用螺杆的旋转下料，以及通过控制螺杆旋转圈数来得到可靠的计量精度。在使用螺杆定量充填的过程中，热管颗粒的运动有一定的规律可循，并不是并非杂乱无章的。为了得到热管颗粒在下料过程中的运动轨迹方程，在螺杆螺旋面的下方，取出单个热管颗粒作为研究对象，研究一个单元体的运动轨迹方程。在螺杆充填下料过程中，并不是只有一个单元体在运动，它的运动情况必然受到其他热管颗粒的影响，所以在研究某个单元体的运动时，需要适当的进行以下几个假设（1）假设热管颗粒在运动时与螺杆的螺旋面始终不粘，避免考虑颗粒与螺杆螺旋面因粘连问题而改变运动轨迹的情况；（2）假设热管颗粒沿螺杆的径向方向被分成无数个小层，且各层之间无相对滑动现象，在研究过程中某个单元体受到其他热管颗粒影响的情况就不必考虑；（3）假定热管颗粒的运动方程是在螺杆以匀速旋转的情况下求解的，不必考虑螺杆速度不均匀时的状态。另外，在实际应用中，大多数用于定量充填的螺杆为阿基米德螺杆，本文也是以阿基米德螺杆为例进行分析23。32热管颗粒运动轨迹方程热管颗粒在螺杆旋转叶片的作用下，是沿着一定的轨迹进行运动的，是有规律可寻的。轨迹的定义是符合一定条件的动点所形成的图形，又或者说，符合一定条件的点的整体所组成的集合，叫做满足该条件的点的轨迹24。因此研究螺杆的充填规律，可以通过研究热管颗粒在螺杆叶片作用下的运动规律，获得热管颗粒运动轨迹方程。由于本文中研究的热管颗粒运动特征是连续性的，所以此处研究的热管颗粒运动轨迹即为热管颗粒从起始位置到结束位置所经过的路线的空间特征。321研究方法在螺杆叶片的正螺旋面下方，在螺杆螺旋面的边缘取某一单元体，命名为A，如图31所示。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098511图31螺杆坐标系根据上面的假设情况，假设螺杆以角速度做稳定的匀速旋转，单元体A在螺旋面1的牵连作用下，只考虑螺杆在匀速状态下的情况，以稳定的角速度沿着螺杆旋转的方2向旋转。由于单元体A存在自身重力以及管壁对单元体的摩擦力作用，此处摩擦力不可忽略不计，因此导致螺杆旋转的角速度始终大于单元体A自身的角速度，这也是12螺杆叶片带动单元体A向下运动的主要因素25。为了方便计算研究，过A点作一平面P，使平面P平行于Z轴，如图31所示，在P面上过A点做螺旋线的切线TT，再过A点沿螺旋面圆周方向作一水平线LL。322速度分析下面探讨热管料运动速度与螺杆旋转速度的关系，之间究竟有何影响，为使研究方便，我们将平面P进行单独分析，以更好的获得实验研究结果。如图32所示买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985图32A在P平面内的运动分析在图32中，可以仔细的观察出TT线与LL线的夹角是螺杆的螺旋升角，设螺杆的半径为，螺杆的导程为。在图32中1R0SV1R13是单元体A在螺杆螺旋面上的重合点的速度，它的方向与LL线一致，如图SV32。单元体A的速度与螺杆螺旋线的方向TT一致，是相对于螺杆旋转的相对速度。T然后综合速度合成原理，由相对速度和单元体A与螺杆螺旋面重合点的速度组成TVSV一个平行四边形，由此得出的大小与方向。A在平行四边形中，是单元体A下降过程中的绝对速度，与水平线LL的夹角AV为。将速度分别向水平方向和垂直方向上投影，水平方向上的分速度为，垂直方AVL向上的分速度为，由图32可知Z21RCOSTANINALZV23单元体A向下运动的有效速度在垂直方向上的速度分量，而在水平方向上的速度ZV分量是单元体A运动的水平速度。我们希望获得较高的充填效率，即同一时间内，充LV填的量越多越好，因此热管颗粒在垂直向下方向的速度越大越好，而在水平方向上的Z速度越小越好，水平方向上的速度会影响物料颗粒向下运动的速度，而且浪费了系LLV统的部分能量26。在图32中，由式31和32可得LSV21R3即4前面从理论上已经分析过单元体A的角速度小于螺杆旋转的角速度，这里从实际的速度分析中也能得到与之相同的结论，再一次验证了理论的正确性。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098513下面分析热管颗粒在垂直方向上的速度与螺杆转速的关系，以及与螺杆几何参数ZV之间的关系。根据图32有TANR21Z53又COTTAN1COTCOT221RVR612T7VTANRANTCOCOSZ83从上面的公式中可以看到物料颗粒垂直下降的有效速度与转速及螺杆几何参数的函数关系。323轨迹方程在图31所示的坐标系中，把单元体A的运动轨迹分解到各个坐标方向上，得出方程表达式为2TSZINRYTCOX1293其中T为单元体A沿螺杆叶片旋转方向的时间；为单元体A运动的实际通过路程。1S因为单元体A的实际通过路程无法通过实验计算得出，所以单元体A在Z轴方向上的运动轨迹无法准确计算，因此需要把实际导程转换为已知量。实际导程如图33所示图33实际导程单元体A的运动路线为TAN2S1R103将式310代入式39后，可得出买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985TANSICO21RZYTX13在前面公式的推导过程中，都假设和为常量。上述方程表达式为单元体A2在螺旋充填过程中运动时的轨迹方程。已知了单元体A的轨迹方程，就可以很容易的求得单元体A的速度和加速度。很明显，对单元体的轨迹方程中的时间T进行分别求导，即可得出单元体在各个方向的速度为X1212SINCOTANYZDVRTTDRT123据速度合成公式，求出图32中速度AV22ZYXA13将式312代入式313后得COSTAN1TANCOSSIN21222121221RRRTRTRVA4的方向在图32中与水平线LL的夹角为角。再次分别对各个坐标方向上分速度中的T求导，即可求得单元体A的加速度0SINCO212DTVATRDTAZZYX153由合成定理得加速度的大小为212122122SINCOSRRTRZYX163方向0,AZ7从以上分析可以看出单元体A的加速度大小是个不变的量，而它的方向垂直于Z轴，并且指向Z轴。33热管颗粒受力分析上一节主要从速度与加速度方面分析了单元体A在下降过程中的运动情况，但若要买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098515最终根据热管颗粒的运动情况进行螺杆的几何参数设计27，还需要考虑单元体A在下料过程中都受到哪些力的作用，以及这些力对单元体A究竟会产生哪些影响，对其运动轨迹又会有哪些影响，下面具体研究单元体A运动过程中的受力情况。单元体A在运动过程中的受力情况如图34所示。图34单元体的受力分析由式316和质点达郎伯原理可知，设单元体A质量为M，螺杆螺旋面对单元体A正压力12RNT183其中为单元体A在螺杆螺旋面圆周放上旋转的角速度；2为螺杆的半径。1R因为螺旋管壁表面并不是完全的绝对光滑，单元体接触螺旋管一定受摩擦力的影响，为了方便实验计算，因此设此摩擦力为，螺旋管壁与单元体A之间的摩擦系数为，AFAF则螺旋管壁对单元体A的摩擦力大小为12RMFA193另外，考虑螺杆的螺旋面对热管颗粒也同样会产生摩擦力，设螺旋面与单元体A的之间的摩擦系数为，则螺杆螺旋面对单元体A的摩擦力作用大小可以表示为TFTTNFF20其中摩擦力的方向与速度的方向相反，与水平方向的夹角为。TFTVN是螺杆螺旋面对单元体A的正压力。在图34中，我们分析单元体A的受力情况，单元体A处于动力学平衡状态在四个力的共同作用下，将已知的四个力分别向NN和TT两个方向上分解投影，建立力买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985学平衡方程如下0TN213即SINCOSINMGFATT将式320代入式322即可得到COSISITATFFMG23然后将式319代入式323得GRFFTAT12COSSIN4将式324变形后得COSINI21TATFFRG253式325中常量有螺杆螺旋升角和螺杆的半径，以及螺旋管壁与单元体A之1R间的摩擦系数，而角度代表了热管颗粒的充填速度，因此是变化的量。因此，式AF325反映了螺杆转速对热管颗粒向下运动速度的影响，热管颗粒的下降随着螺杆的转速的增大，也在一定范围内相应的增大，当螺杆的螺旋升角以及半径确定以后，单元体A下降的速度仅与螺杆的转速有关。34容积计算341研究方法本文中主要研究阿基米德螺杆旋转时每个螺杆导程所包含热管物料容积的公式28。定量充填就是根据螺杆固定旋转圈数所决定的，为了准确的得到被充填物料的实际重量，在螺杆的实际应用中，首先要确定螺杆每转一圈所充填的物料体积是多少，然后乘以被充填物料的密度，最终确定螺杆每转一圈所充填物料的重量，从而确定所需要的螺杆旋转的圈数。阿基米德螺杆的轴向剖面如图35所示。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098517图35阿基米德螺杆的轴向剖视面图35中，是螺杆的外半径，是螺杆轴的半径。从图中可以看出，螺杆的轴向1R2R剖面是一个梯形，上底边长为N，下底边长为M。为了计算螺杆运动一圈所包含的热管物料的容积，将图35中的梯形分割成无数个无限小的面积，将所有的小面积与相应展开高度的乘积相加就是该导程所包含的热管物料的容积。342展开高度螺旋线的展开高度H随着半径的变化而变化，从图35中得到，要研究的处于梯形区域的半径是一个变化的值，不是恒定的，因此研究起来有些困难，它的最小值是螺杆的轴半径，最大值是螺杆的外径，因此螺旋线的展开高度是相对于每个无限小的面积2R1R上，螺旋线的展开长度。如图36所示。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985图36展开后的螺旋线变化图依据图36可以得出H2214RS263上式中的H，是指螺杆半径R从螺杆轴的半径R1到螺杆的外半径的不断变化时，2R在其中的任意半径R处，所得到的螺旋线的展开长度。为了计算方便，为方便研究螺杆一个导程上的容积，我们将螺杆的梯形剖面分为两个部分，即为两个三角形和一个矩形，如图37所示图37梯形剖面为了方便计算，在求螺杆每一个导程所输送的热管物料容积时，可将其分开求解，螺杆沿Z轴方向的剖面被分成两个三角形ABF、CDE和一个矩形BCEF，先求出三角形ABF和CDE内的热管物料的容积，再求矩形BCEF所包含热管物料的容积，最后将三者买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098519结果加起来即为一个螺杆导程所输送的热管物料的容积。343三角形区域的容积按图38在三角形区域对其建立直角坐标系，分析研究半径图38建立的直角坐标系在上图所示坐标系中，把螺杆的半径R设为横坐标，它的变化范围设定为从螺杆的最小半径到螺杆的最大半径的范围内。把一个中间变量设为纵坐标Y，它可用我们之2R1R前的已知量或螺杆半径R来表示。在ABF中，整体计算有些麻烦，因此我们将其分解成无数块小面积，只取一小块面积进行分析研究，然后再利用积分方法求出整个三角形所包含的热管物料的容积。BUV相似于三角形ABF，所以有21RNMY273得到218求三角形ABF内的任意一处单位面积为SDRRNYD211293前面已经计算过任意半径处所对应的螺旋线的展开高度为，所2214RSH以在一个导程内三角形ABF所包含热管料的容积为1222104RDRSRNMV0因为在螺杆一个导程，所以整个三角形的所包含有两个三角形的热管颗粒的容积为122212RRSR31将式331整理后得买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851212212144RRDRSNMDRSNMV32式332中，是个常数，设，令214SE112214RDRSNP31221RMQ4则321213RERRNP352221211LNLNEMQRRE6所以螺杆一个导程内，轴向剖面内三角形所包含的热管颗粒的容积为212112212132311LNLN3RERERERRNMPV37344矩形区域的容积前面主要计算了在螺杆一个导程内，轴向剖面里面两个三角形区域所包含的热管物料的容积，如果要计算整个轴向剖面热管物料的容积，还需要计算出矩形部分BCEF所包装的热管物料的容积，然后将两者相加即可。对矩形BCEF建立如图39所示的坐标系。图39矩形直角坐标系与前面的三角形求面积采用相同的方法，对于矩形BCEF，直接计算比较复杂，因此可以将矩形分成无数个小单位，求出一个小矩形的单位面积后，对其积分即可求得整个矩形的面积，在图39中，矩形中一个单位的小矩形面积为买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098521NDRS238的展开高度为2S214SH92RDRNV403将式（340）整理后得122RE1计算得出222221112LNLNVNRERERRE所以梯形剖面总的容积为332212112222111122211223LNLNLMRRRNEEERERRRR34235本章小结本章为了得到热管颗粒在下料过程中的运动轨迹方程，在螺杆螺旋面的下方，取出单个热管颗粒作为研究对象，研究一个单元体的运动轨迹方程。先对其进行速度分析，然后得出运动轨迹方程，从而得到速度与加速度与螺旋旋转面的影响。再对其进行受力分析，对其进行容积计算，算出每个导程中梯形剖面所包含总的热管物料的容积。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709854螺旋输送机结构设计41螺旋输送机的简介螺旋输送机是利用电机带动螺旋回转，推移物料以实现输送目的的机械，它能水平、倾斜或垂直输送，具有结构简单、横截面积小、密封性好、操作方便、维修容易、便于封闭运输等优点。本课题重点研究在与驱动装置的合理选择，对驱动装置的合理给螺旋输送机的效率，稳定，安全性的提高大的作用29。一台螺旋输送机通常由驱动装置、头节、若干标准中间节、选配中间节、尾节、进料口、出料口等组成，除头节和选配中间节外，各节螺旋机及机壳均有互换性。螺旋机本体由头节、中间节、尾节三种组成。一般情况下，出厂总装时将中间节按长度长短依次排列，最长的中间节靠近头节，相同的中间节挨在一起。在头节内装有止推轴承承受轴向力，在中间节装有中间吊挂轴承支承螺旋轴。螺旋面的形式有实体螺旋和带式螺旋两种。各螺旋轴之间采用法兰式联接，制法）（S制法）（D保证了连接轴的互换性，便于维修。进料口是方形进料口，出料口有方形卸料口、手推式卸料口及齿条式卸料口。驱动装置有由型电动机和型减速器组成，即双型。按其装配方式的不同，2JQJZJ它分为右装和左装两种。螺旋输送机的形式，分为有轴螺旋输送机和无轴螺旋输送机两种型式。有轴螺旋输送机由螺杆，U型料槽，盖板，进，出料口和驱动装置组成，一般还有水平式，倾斜式和垂直式三种而无轴旋输送机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的槽中进行。我们平常所指的螺旋输送机都指有轴型式的螺旋输送机。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，而无轴螺旋输送机则是一种较好的解决方法。螺旋输送机的优点主要是节能、降耗显著，其头部、尾部轴承移至壳体外30，具有防尘密封性好，噪声低，适应性强，操作维修方便进、出料口位置布置灵活等；缺点是动力消耗大，机件磨损快，物料在运输时粉碎严重。螺旋输送机是我国最早定型生产的通用性生产设备，它以输送粉状、粒状、小块状物料为主，不适宜输送易变质的，粘性的易结块的物料和大块的物料，因为这些物料容易粘在螺旋上而随之旋转，或在吊轴承处产生堵料现象，给物料输送过程带来很大的不便。42旋输送机总体结构设计首先对输送机作了简单的概述；接着分析了输送机的选型原则及计算方法