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LS型螺旋输送机设计【10张CAD图纸+毕业论文】【矿山输送机械】

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目    录
1. 引言…………………………………………………………………………………1
2. 螺旋输送机主要构件的设计和选用………………………………………1
2.1   螺旋输送机的一般结构…………………………………………………………1
2.1.1 螺旋输送机的类型………………………………………………………………2
2.1.2 螺旋输送机的特点………………………………………………………………3
2.2   螺旋输送机的主要构件…………………………………………………………4
2.2.1 螺旋体……………………………………………………………………………4
2.2.2 轴承………………………………………………………………………………9
2.2.3 机槽………………………………………………………………………………11
2.2.4 驱动装置…………………………………………………………………………15
3. 水平螺旋输送机的工作过程分析…………………………………………17
3.1   物料的运动分析和叶片的设计…………………………………………………17
3.1.1 物料的运动分析…………………………………………………………………17
3.1.2 叶片的设计………………………………………………………………………21
4. 总体设计计算……………………………………………………………………26
4.1   原始资料…………………………………………………………………………26
4.1.1 被输送物料的名称及特性………………………………………………………26
4.1.2 选型要求…………………………………………………………………………26
4.2   螺旋输送机的设计计算…………………………………………………………26
4.2.1 确定螺旋直径……………………………………………………………………26
4.2.2 确定螺旋转速……………………………………………………………………27
4.2.3 功率的计算………………………………………………………………………27
4.2.3 电机的选择………………………………………………………………………28
5. 总体尺寸设计……………………………………………………………………29
5.1   LS螺旋输送机的外形及尺寸……………………………………………………29
5.1.1 长度与组合………………………………………………………………………30
5.2   附件尺寸…………………………………………………………………………30
5.2.1 进料口……………………………………………………………………………30
5.2.2 出料口……………………………………………………………………………32
6. 用solidworks对连接轴进行有限元分析………………………………33
7. 结论…………………………………………………………………………………38
8. 参考文献……………………………………………………………………………39
9. 致谢…………………………………………………………………………………40
附录A 英文资料
附录B 中文翻译    


LS螺旋输送机设计


摘要 :LS型螺旋输送机是采用国际标准产品,等效采用ISO1050-75标准,设计制造符合ZBJ1005.1-2-88专业标准。其技术指标先进,结构新颖,是我国九十年代替代GX型螺旋输送机的换代产品。LS型螺旋输送机的应用范围:螺旋机被广泛地使用在各种工业部门,如建材、电力、化工、冶金、煤炭、机械、轻工、粮食及食品行业。
  LS螺旋输送机对输送物料的要求,粉状、粒状和小块状物料。如:水泥、煤粉、粮食、化肥、灰渣、砂子等,物料温度不得超过200℃,螺旋机不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。因为这些物料在输送时在一螺旋上,并随之旋转而不向前移动,或者在吊轴承处形成物料的积塞而会粘结使螺旋机不能正常工作。LS螺旋机的工作环境应在-20℃~50℃之间,允许稍微倾斜使用,最大倾角不得超过20℃。
本次LS螺旋输送机设计主要分析了粉状物料输送的相关参数。 要求被输送物料的名称及特性来设计,按螺旋输送机驱动方式,我们选择了单端驱动。查阅了相关资料,才完成图纸模型到图纸数据,这都是强有力的效果。

关键词:LS螺旋输送机  物料  应用范围  技术参数。


                              指导老师签名:
1  引言
螺旋输送机俗称“绞龙”,是一种无挠性牵引构件的连续输送设备,它借助旋转螺旋输送叶片的推力将物料沿着机槽进行输送。螺旋输送机被广泛地使用在各种工业部门,如建材、电力、化工、冶金、煤炭、机械、轻工、粮食及食品行业。螺旋输送机对输 滚动,滑轮轴承互换结构,并设防尘密封装置,密封件用尼龙用塑料,因而其密封性好,耐磨性强,阻力小,寿命长。滑动轴瓦有需加润滑剂的铸铜瓦,合金而磨铸铁瓦和铜基石墨少油润滑瓦,出料端设有清扫装置,整机噪声低,适应性强,操作维修方便,进出料口位置布置灵活。
   LS型螺旋输送机的特点及应用范围:
   LS型螺旋输送机是采用国际标准产品,等效采用ISO1050-75标准,设计制造符合ZBJ1005.1-2-88专业标准。其技术指标先进,结构新颖,是我国九十年代替代GX型螺旋输送机的换代产品。
LS型螺旋输送机与GX型相比,其头部、尾部轴承移至壳体外,吊轴承采用滚动,滑轮轴承互换结构,并设防尘密封装置,密封件用尼龙用塑料,因而其密封性好,耐磨性强,阻力小,寿命长。滑动轴瓦有需加润滑剂的铸铜瓦,合金而磨铸铁瓦和铜基石墨少油润滑瓦,出料端设有清扫装置,整机噪声低,适应性强,操作维修方便,进出料口位置布置灵活。
   LS型螺旋输送机的应用范围:螺旋机被广泛地使用在各种工业部门,如建材、电力、化工、冶金、煤炭、机械、轻工、粮食及食品行业。
LS螺旋输送机对输送物料的要求,粉状、粒状和小块状物料,如:水泥、煤粉、粮食、化肥、灰渣、砂子等,物料温度不得超过200℃,螺旋机不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。因为这些物料在输送时会粘结在一螺旋上,并随之旋转而不向前移动,或者在吊轴承处形成物料的积塞而使螺旋机不能正常工作。LS螺旋机的工作环境应在-20℃~50℃之间,允许稍微倾斜使用,最大倾角不得超过20℃。

2  螺旋输送机主要构件的设计和选用
2.1螺旋输送机的一般结构
螺旋输送机的一般结构如图1-1所示。它由料槽、螺旋叶片和转动轴组成的螺旋体、两端轴承、中间悬挂轴承及驱动装置所组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承,由驱动装置驱动。螺旋输送机工作时,物料由进料口进入料





内容简介:
液压挖掘机的半自动控制系统Hirokazu Araya ,Masayuki Kagoshima日本机械工程研究实验室Kobe Steel, Ltd., Nishi-ku, Kobe Hyogo 651 2271,2000年7月27日 摘要开发出了一种应用于液压挖掘机的半自动控制系统。采用该系统,即使是不熟练的操作者也能容易和精确地操控液压挖掘机。构造出了具有控制器的液压挖掘机的精确数学控制模型,同时通过模拟实验研发出了其控制算法,并将其应用在液压挖掘机上,由此可以估算出它的工作效率。依照此法,可通过正反馈及前馈控制、非线性补偿、状态反馈和增益调度等各种手段获得较高的控制精度和稳定性能。自然杂志2001 版权所有关键词:施工机械;液压挖掘机;前馈;状态反馈;操作 1引言 液压挖掘机,被称为大型铰接式机器人,是一种施工机械。采用这种机器进行挖掘和装载操作,要求司机要具备高水平的操作技能,即便是熟练的司机也会产生相当大的疲劳。另一方面,随着操作者年龄增大,熟练司机的数量因而也将会减少。开发出一种让任何人都能容易操控的液压挖掘机就非常必要了1-5。 液压挖掘机之所以要求较高的操作技能,其理由如下。1.液压挖掘机的操作,至少有两个操作手柄必须同时操作并且要协调好。2.操作手柄的动作方向与其所控的臂杆组件的运动方向不同。例如,液压挖掘机的反铲水平动作,必须同时操控三个操作手柄(动臂,斗柄,铲斗)使铲斗的顶部沿着水平面(图1)运动。在这种情况下,操作手柄的操作表明了执行元件的动作方向,但是这种方向与工作方向不同。如果司机只要操控一个操作杆,而其它自由杆臂自动的随动动作,操作就变得非常简单。这就是所谓的半自动控制系统。开发这种半自动控制系统,必须解决以下两个技术难题。1. 自动控制系统必须采用普通的控制阀。2. 液压挖掘机必须补偿其动态特性以提高其控制精度。现已经研发一种控制算法系统来解决这些技术问题,通过在实际的液压挖掘机上试验证实了该控制算法的作用。而且我们已采用这种控制算法,设计出了液压挖掘机的半自动控制系统。具体阐述如下。2液压挖掘机的模型为了研究液压挖掘机的控制算法,必须分析液压挖掘机的数学模型。液压挖掘机的动臂、斗柄、铲斗都是由液压力驱动,其模型如图2所示。模型的具体描述如下。2.1 动态模型6 假定每一臂杆组件都是刚体,由拉格朗日运动方程可得以下表达式: 其中 g是重力加速度;i铰接点角度;i是提供的扭矩;li组件的长度;lgi转轴中心到重心之距;mi组件的质量;Ii是重心处的转动惯量(下标i=1-3;依次表示动臂,斗柄,铲斗)。2.2 挖掘机模型 每一臂杆组件都是由液压缸驱动,液压缸的流量是滑阀控制的,如图3所示。可作如下假设: 1.液压阀的开度与阀芯的位移成比例。 2.系统无液压油泄漏。 3.液压油流经液压管道时无压力损失。4.液压缸的顶部与杆的两侧同样都是有效区域。在这个问题上,对于每一臂杆组件,从液压缸的压力流量特性可得出以下方程:当 时;其中,Ai是液压缸的有效横截面积;hi是液压缸的长度;Xi是滑芯的位置;Psi是供给压力;P1i是液压缸的顶边压力;P2i是液压缸的杆边压力;Vi是在液压缸和管道的油量;Bi是滑阀的宽度;是油的密度;K是油分子的黏度;c是流量系数。2.3 连杆关系 在图1所示模型中,液压缸长度改变率与杆臂的旋转角速度的关系如下:(1)动臂 (2)斗柄 (3)铲斗 当 时,2.4 扭矩关系 从2.3节的连杆关系可知,考虑到液压缸的摩擦力,提供的扭矩i如下 其中,Cci是粘滞摩擦系数;Fi是液压缸的动摩擦力。2.5 滑阀的反应特性 滑阀动作对液压挖掘机的控制特性产生会很大的影响。因而,假定滑阀相对参考输入有以下的一阶延迟。其中,是滑芯位移的参考输入;是时间常数。3 角度控制系统 如图4所示,角基本上由随动参考输入角通过位置反馈来控制。为了获得更精确的控制,非线性补偿和状态反馈均加入位置反馈中。以下详细讨论其控制算法。3.1 非线性补偿 在普通的自动控制系统中,常使用如伺服阀这一类新的控制装置。在半自动控制系统中,为了实现自控与手控的协调,必须使用手动的主控阀。这一类阀中,阀芯的位移与阀的开度是非线性的关系。因此,自动控制操作中,利用这种关系,阀芯位移可由所要求的阀的开度反推出来。同时,非线性是可以补偿的(图5)。3.2 状态反馈建立在第2节所讨论的模型的基础上,若动臂角度控制动态特性以一定的标准位置逼近而线性化(滑芯位移X 10,液压缸压力差P 110,动臂夹角 10),则该闭环传递函数为其中,Kp是位置反馈增益系数; 由于系统有较小的系数a1,所以反应是不稳定的。例如,大型液压挖掘机SK-16中。X10是0,给出的系数a0=2.710,a1=6.010,a2=1.210.加上加速度反馈放大系数Ka,因而闭环(图4 的上环)的传递函数就是加入这个因素,系数S就变大,系统趋于稳定。可见,利用加速度反馈来提高反应特性效果明显。但是,一般很难精确的测出加速度。为了避免这个问题,改用液压缸力反馈取代加速度反馈(图4的下环)。于是,液压缸力由测出的缸内的压力计算而滤掉其低频部分7,8。这就是所谓的压力反馈。4 伺服控制系统 当一联轴器是手动操控,而其它的联轴器是因此而被随动作控制时,这必须使用伺服控制系统。例如,如图6所示,在反铲水平动作控制中,动臂的控制是通过保持斗柄底部Z(由1与2计算所得)与Zr 的高度。为了获得更精确的控制引入以下控制系统。4.1 前馈控制由图1计算Z,可以得到将方程(8)两边对时间求导,得到以下关系式, 右边第一个式子看作是表达式(反馈部分)将替换成1,右边第二个式子是表达式(前馈部分)计算当2手动地改变时,1的改变量。实际上,用不同的2值可确定1。通过调整改变前馈增益Kff,可实现最佳的前馈率。采用测量斗柄操作手柄的位置(如角度)取代测斗柄的角速度,因为驱动斗柄的角速度与操作手柄的位置近似成比例。4.2 根据位置自适应增益调度 类似液压挖掘机的铰接式机器人,其动态特性对位置非常敏感。因此,要在所有位置以恒定的增益稳定的控制机器是困难的。为了解决这个难题,根据位置的自适应增益调度并入反馈环中(图6)。如图7所示,自适应放大系数(KZ或K)作为函数的两个变量,2和Z 、2表示斗柄的伸长量,Z是表示铲斗的高度。5 模拟实验结论反铲水平动作控制的模拟实验是将本文第4节所描述的控制算法用在本文第2节所讨论的液压挖掘机的模型上。(在SK-16大型液压挖掘机进行模拟实验。)图8表示其中一组结果。控制系统启动5秒以后,逐步加载扰动。图9表示使用前馈控制能减少控制错误的产生. 6 半自动控制系统 建立在模拟实验的基础上,半自动控制系统已制造出来,应用在SK-16型挖掘机上试验。通过现场试验可验证其操作性。这一节将讨论该控制系统的结构与功能。6.1 结构 图10的例子中,控制系统由控制器、传感器、人机接口和液压系统组成。 控制器是采用16位的微处理器,能接收来自动臂、斗柄、铲斗传感器的角度输入信号,控制每一操作手柄的位置,选择相应的控制模式和计算其实际改变量,将来自放大器的信号以电信号形式输出结果。液压控制系统控制产生的液压力与电磁比例阀的电信号成比例,主控阀的滑芯的位置控制流入液压缸液压油的流量。 为获得高速度、高精度控制,在控制器上采用数字处理芯片,传感器上使用高分辨率的磁编码器。除此之外,在每一液压缸上安装压力传感器以便获得压力反馈信号。 以上处理后的数据都存在存储器上,可以从通信端口中读出。6.2 控制功能控制系统有三种控制模式,能根据操作杆和选择开关自动切换。其具体功能如下。 (1)反铲水平动作模式:用水平反铲切换开关,在手控斗柄推动操作中,系统自动的控制斗柄以及保持斗柄底部的水平运动。在这种情况下,当斗柄操作杆开始操控时,其参考位置是从地面到斗柄底部的高度。对动臂操作杆的手控操作能暂时中断自动控制,因为手控操作的优先级高于自动控制。 (2)铲斗水平举升模式:用铲斗水平举升切换开关,在手控动臂举升操作中,系统自动控制铲斗。保持铲斗角度等于其刚开始举升时角度以阻止原材料从铲斗中泄漏。(3)手控操作模式:当既没有选择反铲水平动作模式,也没有选择铲斗水平举升模式时,动臂,斗柄,铲斗都只能通过手动操作。 系统主要采用C语言编程来实现这些功能,以构建稳定模组提高系统的运行稳定性。7 现场试验结果与分析 通过对系统进行现场试验,证实该系统能准确工作。核实本文第3、4节所阐述的控制算法的作用,如下所述。7.1 单个组件的自动控制测试对于动臂、斗柄、铲斗每一组件,以5的梯度从最初始值开始改变其参考角度值,测量其反应,从而确定第3节所描述的控制算法的作用。7.1.1 非线性补偿的作用图11 表明动臂下降时的测试结果。因为电液系统存在不灵敏区,当只有简单的位置反馈而无补偿时(图11中的关)稳态错误仍然存在。加入非线性补偿后(图11中的开)能减少这种错误的产生。7.1.2 状态反馈控制的作用 对于斗柄和铲斗,只需位置反馈就可获得稳定响应,但是增加加速度或压力反馈能提高响应速度。以动臂为例,仅只有位置反馈时,响应趋向不稳定。加入加速度或压力反馈后,响应的稳定性得到改进。例如,图12表示动臂下降时,采用压力反馈补偿时的测试结果。 7.2 反铲水平控制测试 在不同的控制和操作位置下进行控制测验,观察其控制特性,同时确定最优控制参数(如图6所示的控制放大系数)。7.2.1 前馈控制作用在只有位置反馈的情况下,增大放大系数Kp,减少Z错误,引起系统不稳定,导致系统延时,例如图13所示的“关”,也就是Kp不能减小。采用第4.1节所描述的斗柄臂杆前馈控制能减少错误而不致于增大Kp。如图示的“开”。7.2.2 位置的补偿作用当反铲处在上升位置或者反铲动作完成时,反铲水平动作趋于不稳定。不稳定振荡可根据其位置改变放大系数Kp来消除,如第4.2节所讨论的。图14 表示其作用,表明反铲在离地大约2米时水平动作结果。与不装补偿装置的情况相比较,图中的关表示不装时,开的情况具有补偿提供稳定响应。 7.2.3 控制间隔的作用关于控制操作的控制间隔的作用,研究结果如下: 1.当控制间隔设置在超过100ms时,不稳定振荡因运动的惯性随位置而加剧。2.当控制间隔低于50ms时,其控制操作不能作如此大提高。因此,考虑到计算精度,控制系统选定控制间隔为50ms。7.2.4 受载作用利用控制系统,使液压挖掘机执行实际挖掘动作,以研究其受载时的影响。在控制精度方面没有发现与不加载荷时有很大的不同。8 结论 本文表明状态反馈与前馈控制组合,使精确控制液压挖掘机成为可能。同时也证实了非线性补偿能使普通控制阀应用在自动控制系统中。因而应用这些控制技术,允许即使是不熟练的司机也能容易和精确地操控液压挖掘机。将这些控制技术应用在其它结构的机器上,如履带式起重机,能使普通结构的机器改进成为可让任何人容易操控的机器。参考文献 1 J. Chiba, T. Takeda, Automatic control in construction machines, Journal of SICE 21 8 1982 4046.2 H. Nakamura, A. Matsuzaki, Automation in construction machinery, Hitachi Review 57 3 1975 5562.3 T. Nakano et al., Development of large hydraulic excavator,. Mitsubishi Heavy Industries Technical Review 22 2 1985 4251.4 T. Morita, Y. Sakawa, Modeling and control of power shovel, Transactions of SICE 22 1 1986 6975.5 H. Araya et al., Automatic control system for hydraulic excavator, R&D Kobe Steel Engineering Reports 37 2 1987 7478.6 P.K. Vaha, M.J. Skibniewski, Dynamic model of excavator, Journal of Aerospace Engineering 6 2 1
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