袋装水泥自动拆包机的研究.doc

t&72、pf，够41袋装水泥自动拆包机的研究煤炭科学研究总院南京研究所袁为新唐建新摘要从目前我国国情及立井施工现状出发，研制了袋装水泥自动拆包机。 阐述了拆包机工作原理并对拆包过程作了详细分析。该设备的研制成功为立井及 其它建筑工程施工提供了一种新型设备，具有显著的社会和经济效益。关键词袋装水泥立井施工 自动拆包筛筒目前立井旌工使用袋装水泥较为普遍。由于开凿一个井筒的混凝土用量很大，拆包工 作由人工来完成，不但劳动强度大，劳动环境恶劣，且生产效率很低。如果使用新型的混 凝土集中搅拌站，人工拆包更显出远远满足不了需要，发挥不了现代化设备的效率，影响 立井施工速度进一步提高。因此，我们研制开发出hcs一10型袋装水泥自动拆包机。一、主要参数及工作原理 拆包机的主要技术参数如下拆包能力 10th水泥袋尺寸 800mm500ram200ram 总功率 21kw 总重量 13t 外形尺寸 6350mm3550mm1350ram拆净率 99 拆包机主要由上料用皮带机、主机和螵旋输送机三部分组成。主机又由机座、刀箱、筛筒及除尘 装置等组成(图4l1)。水泥包由皮带机送入拆包 机受料日，落人刀箱的大倾角溜槽中。刀箱内安装 有破包刀组，水泥包在重力作用下溜下溜槽，并经 破包刀组剖分为二。剖分后的水泥包落人倾斜安装 的旋转筛筒内进行筛分。分离的水泥经过筛网落入 水泥出料箱空袋则由出袋口排出。图4i一1拆包机结构示意围 二、受力和运动分析1刀箱；2一水泥包受料口3一皮带机f 4-水泥包i 5剖包刀组1受力分析6一大倾角溜檀；7筛犄；8一机庵； 水泥包被剖开成两部分后，在筒内颠翻的过程9螺旋输送机；io一出袋口中，进入大倾角溜槽。水泥包经破包落入筛筒时，具有一定的速度，沿着溜槽的方向，进入筛筒后在筛筒带动下随筛筒转动，角速度由零加大 到与筛筒相同。为便于分析，在不影响其运动性质的情况下，作如下假设：226(1)水泥包被剖分成大小相等、形状相同的两个部分。 (2)水泥在包中的分布是均匀的。 (3)水泥包在筛筒摩擦力带动下作匀速转动。用直角坐标作为参考坐标系。筛筒的轴向为z轴筛筒的径向平面为xoy平面，水泥 包在筛筒中的受力情况如图412。二。x图41 2水泥包在筛筒中的受力分析水泥包自重在yoz平面内的分力w，=wcosa，w：=wsina；在xoy平面内的切向 分力，一lsin卢一，cos。sin卢，径向分力。一woosp-wcosdcosp。水泥包受到的离心力 尸为，一ccl2r=(wg)r(1：j式中n一一筛筒倾角； 口水泥包随筛筒转过的角度； “筛筒的角速度； r筛筒半径； m一水泥包质量；z重力加速度。 筛筒对水泥包的支承反力为n=p+w 4一(wg)砰r+wcosacosp-w(一r，g+cosdcos卢)(2) 通过受力分析。可以知道。与：的台力，及由。产生的滚动力矩mg将使水泥 包向f滑动或滚动。阻止其向下滑动(滚动)的摩擦力，。与u，。的方向相反，该方向与-的夹角0(图413)为：目一tg i等叫1器(3，合力w。为w、=w；+w；=wsin2口+cos2口sin2卢r一一(4由；产生的滚动力矩眠=w。r，r为水泥包计算滚动半径。根据上述受力分析可得到水泥包向下滑动的条件为。m。：厂n；水泥包向下滚 动的条件为w。(kr)jv。其中，为滑动摩擦系数；k为滚动摩擦系数。比较滑动和滚动条件可知当(kr)时，水泥包将首先在筛筒内发生滚动而不是滑227动。而水泥包只有在筛筒内不断滚动才能实现水泥和纸袋的分离。 因此在筛筒结构设计或材料选择时，应采取适当措旌保证上述条 件的成立。在捕足上述条件的情况下，水泥包随筛筒转到某一角 度且时就将在：力的作用下开始滚动。将式(2)，(4)代人水泥包向下滚动的条件式ws(kr)下滑动的受力分析一，则得，、sin2口+cos2in2焦(kwr)(r294-eosfl。cosq)图413水泥包向 式中，且为水泥包开始滚动时随筛筒转过的角度。整理上式得扩簧i詈t92“+si(5)n2晟一c。s且c。s“从式(5)可看出。当a一定时，随。增加n也增加。也就是说，当转速增加时 水泥包开始滚动的角度也增加滚动点升高。 当叫2=gr(戤)时可知且一909即水泥包在且一90。的位置滚动。 由式(tgacosfl。)2-t92口。一(rk)2确定的p。为水泥包能够达到的最大开始滚动角。与风相应的m。为使水泥包产生滚动的最大角速度。当“。时，水泥包将会和筛筒一同作圆周运动而不再滚动。显然这是不能允许的。因 而必须有“。上述m只是按水泥袋在筛筒内发生滚动的条件求得的。实际上在确定m时，还应考虑 功率、零部件强度、刚度、噪声和振动等问题。在满足拆净率指标的情况下，应尽量降低 筛筒的转速。2运动分析根据上面的分析可知，要使水泥包翻转，必须满足u的条件，水泥包将会在p 且，的某一位置滚动。这样，水泥包的运动形式为：筛筒在转动过程中，依靠摩擦力将包带 至口。角处，在这一过程中滚动力矩逐渐增加，在且处达到与阻力矩平衡。此时若再转动p 角，水泥包将开始沿着。的方向向下滚落当滚至j9。处时，又再次被带至。处，这样 水泥包在筛筒内将周而复始地做上述运动。因为筛简具有一定的角速度w，(且一。)的差 值一般很小，因此，可以认为水泥包是在且处不停地沿着；的方向翻滚，其轨迹可近似看作一升角为口的螺旋线。若将一周的螺旋线展开(图4l-4)，可得到tgo=l(2棚)(z为螺旋线的导程)。已知0=tg。(tgasinfl)代人上式得一2rtgusin,8t由此可得水泥包在筛筒内的运动轨迹方程为： x=rsinwt，y=rcoswt，zligasin8t、r“水泥包在筛筒内走过的总路程为sl，1+(sin且tga)2 (6)图414一周的螺旋线展开图 式中 l筛筒长度。显然为了使水泥和纸袋分离干净，不仅要让水泥包在筛筒内滚动，还应该让水泥包在筛筒内所走过的路程尽可能的长，从式(6)知要做到这点，在筛筒长度l确定的情况228下，就应减小筛筒倾角a和提高滚动角矗。但n过小会影响拆包机的生产能力。提高滚动角且的方法有两种： (1)提高转速”。 (2)加大k的值。由于提高转速一会导致功率、强度、刚度增加以及噪声等同题。因而比较易于实现的是第_二种方法。 三、筛筒结构设计由以上的分析可知。为了使水泥 和纸袋分离干净，应加大，k韵值， 为此，除了在选择筛筒材料时进行考 虑外，我们还在结构上加以考虑，先后设计r两种筛筒结构，一种为隔板形式，一种为挡板形式(见图415)。其设计思想是利用隔板或挡板迫使水图4l一5弛种筛筒结掏 泥包随筛简转动至某一高度然后在 重力作用下，沿隔板或挡板翻滚从而达到水泥与纸袋分离的ef的。试验表明这一设计基本e是成功的。 四、在立井施工中的应用袋装水泥拆包机在张双楼矿西风井与连续式混凝土搅拌站配套进行了试验应用。该机布置在搅拌站一侧，拆出的水泥经螺旋输送机送入搅拌站的水混料仓内。试验期间共拆包7000余袋。 试验表明拆包机的拆净率达到了993，生产能力超过2)()包h，即10th，达到了设计指标。试验数据见表411、表4】一2。表411拆净率检验kl6赡留量(kg)0270 0238。36 n 38o 36拆净率(蹦) 99 469q 699 249928q92