螺旋式上料机.doc

1绪论1.1 概述地球上蕴藏着许多的矿产资源，矿产资源可分为：能源矿产资源和非能源矿产资源，能源矿产资源主要有煤炭、石油和天然气，非能源矿产资源主要有铜、铝和磷酸盐等，无论是能源矿产资源还是菲能源矿产资源，它们中的多数都埋藏于地下。对于矿产资源，井下开采是用的最多的一种方法。据统计，我国有60%的有色金属、90%的煤炭都是用此种方法进行开采。井下开采必须要注意的是要保持巷道的稳定性，避免岩石的坍塌威胁到矿井工作人员的安全，因此在巷道掘进过后要对其进行一定的支护。随着70年代喷浆机械手的研制成功，锚喷支护已被广泛应用，锚喷支护大多数采用混凝土作为原材料，将一定比例的砂石、水泥和水进行混合搅拌后，通过输送机输送至喷浆机中，再以压缩空气为动力，使混合后的混凝土沿着管子送至喷口处，并以高速度喷射，以此来对巷道进行支护。混凝土喷浆设备在工程建筑、矿山、隧道、地铁等许多地方都应用的非常广泛。喷浆机又可以分为干喷和湿喷两种类型，从前，大多数采用的是干喷技术，但近几年来，干喷技术已经不能满足生产的需要，且危害技术人员的健康，干喷技术将逐渐被湿喷所代替。进行湿式喷浆之前，必须将混合好的混凝土送至喷浆机处，过去主要是由人工进行混凝土的混合与搅拌，即在进行混凝土喷射时，工人需要进入料车，向连续喷射的混凝土喷射机进行加料。人工进行加料有许多缺点：1、 工人向料车内加料时需站在料车内，易失去平衡，造成工伤事故。且速凝剂、粉尘等对工人身体健康会产生一定的影响。2、 人工加料的工作效率低，而机械化的喷浆设备的作业量较大，人工作业与机械化喷浆机不能匹配，会降低其作业量。因此，发展一种自动上料设备向喷浆机进行给料对降低工人劳动强度、提高工作效率和提高井巷施工的速度有重要的意义。1.2国内外喷浆上料机构的研究现状在第三次工业革命之后，社会各方面的发展迅猛，各行业的水平也越来越高，产品变得更加机械化、智能化。上料机在运输方面的作用日益突出，并且自动上料机因其自动化程度高、工作效率高、节省体力所占的地位更是不断提高。无论是从实用性还是经济型方面看，自动上料机都在运输方面发挥了巨大的作用。 目前，一些科学技术处于发展前沿的国家，在许多工业部门都已经不同程度的使用了自动上料机，并且，这个已经形成了较为完整的独立体系，而且还实现了生产的自动化、机械化。代表的有瑞士制造的310型可移动式皮带上料机构，这类的上料机是利用滚轮驱动来实现移动的，其进料口是可以调节的。还有美国Eimco公司的喷浆机械手，主要是采用带有倾角的皮带输送机来进行上料。国外自动上料机主要是着重向着食品自动上料机方向发展，且发展趋于大型化、专业化、高速化。在一些发展中国家，关于自动上料机构的研究也一直在继续，目的是提高物料输送的生产效率与减轻工人的劳动强度。我国对于自动上料机构的研究历史还较短，总体的生产技术水平也较低。但是近几年随着科学技术的迅猛发展与发达国家先进技术的推动，我国的自动上料机构发展相当迅速，发展技术有了明显的提高。我国自动上料机目前主要是通过引进与吸收国外的先进技术，且大多数企业都是以发展小型与中型的上料机为主，精度与自动化程度还不够高，技术还不成熟。1.3上料机的分类与应用由于在矿井下的工作环境不同、工况也不同，通常混凝土喷射机的上料机构可以分为以下几种：1、 螺旋式上料机如图1-1所示。这里的螺旋式上料机是连续式上料机，可以实现物料的连续输送。主要是利用螺旋叶片的转动，带动叶片中的混凝土沿着螺旋轴运送。螺旋式上料机又可以分为水平式和倾斜式，倾斜式的螺旋上料机构可以实现物料的向上运输，从而为混凝土喷浆机给料。且螺旋式上料机可根据混凝土喷浆机的作业量及作业要求的不同，灵活配比混凝土，螺旋输送机可以通过变频调速和无极调速来改变物料的输送量。螺旋上料机具有自由配比，均匀搅拌，灵活调节等特点。 图1-1螺旋式上料机2、 皮带上料机如图1-2所示。皮带上料机是通过摩擦来驱动实现物料运输的设备，主要由机头架、机尾架、滚筒、张紧装置、输送带与传动装置等许多部分组成组成。皮带上料机分为上段和下段。下段接近地面，由人工向其加入物料，上段接近喷浆设备的入料口。皮带输送机不仅可以进行颗粒状无聊的输送还可以输送成件产品。皮带输送机有两种形式，水平布置的形式和倾斜布置的形式，皮带输送机使用方便，被广泛采用。此类设备主要是通过胶带输送散装物料至喷浆设备中，具有上料均匀、粉尘小，且便于向混合散装物料中加入速凝剂等优点。图1-2皮带上料机3、 斗式提升机如图1-3所示。斗式提升机这类的设备有一系列的料斗（一小段设置一个小料斗），将一系列的料斗固接在牵引装置上，实现竖直提升物料的设备，通常是一段设置一个料斗，料斗的高度通常还可以调节。其主要工作原理是料斗从下面将物料舀起，输送带或链轮由电机经减速器驱动将物料提升至顶端，绕过顶轮之后料斗会向下进行翻转，物料会因为料斗的翻转倒入料槽中。斗式提升机可分为两种，带式与链式两种形式。带式通常采用橡胶带，带通常都是装在传动滚筒或者是转向滚筒上，链式提升机通常设置两条相互平行的链，一条传动链一条改向链。图1-3斗式提升机4、真空上料机如图1-4所示。真空上料机是一类管道运输设备，其原理是利用真空与环境中的压差来进行物料的输送，输送过程中，大气压与真空之间的压差使得管道中的气体会发生流动，气体带动了物料的运动，从而实现了物料的输送过程。真空上料机还有许多优点，它是用空气作为动力源的，所以它的使用非常安全，对防爆型有较高要求的场合可以使用。真空上料机的是利用管道运输的，而管道又是密封的，因此可以避免空气中的灰尘等物质进入，工作环境得到了改善，提高了洁净度，同时当输送粉尘大的物料时，可以减少环境对工作人员的危害。且管道运输，所占的空间与其他许多方式相比小，长短距离也不受限制。真空上料机特别适用于粉末和颗粒的输送，但是对于输送混凝土等潮湿、粘附性大的一些物料，真空上料机较为不适宜。真空上料机是多数粉状物料输送的首选方式。 图1-4真空上料机2 总体方案设计2.1工作原理与方案确定本次毕业设计主要是设计的一个螺旋上料机，包括机架、料斗、砂石与水泥输送机、混凝土输送机、链轮传动部分，减速器的选型与电动机的选型等。结构图如图2-1所示。主要方案是由电动机驱动，经圆柱圆锥齿轮减速器输出，输出轴经链传动带动砂石与水泥输送部分旋转，实现物料的输送。图2-1总装图螺旋输送机的工作原理是：砂石和水泥从进料口加入，轴在电动机驱动下转动，在轴运动的过程中，焊接在轴上的螺旋叶片会给物料一个作用力，此作用力可被分解为径向分力和轴向分力两个力，径向分力和螺旋叶片与物料之间会有摩擦，此摩擦力可能会物料发生轴向转动，但由于物料自身的重力、料槽与物料之间的摩擦力，其不会与叶片一起旋转，而是在螺旋叶片的力的作用下，沿着料槽向前移动，以此来完成物料的输送与提升。实际上，螺旋输送机在输送物料时， 因为运动过程中因为会受旋转螺旋的影响，其运动并不是简单的沿轴向的直线运动，而是作一个复杂的空间运动。2.2电动机的选型 根据后几章的计算可知，螺旋上料部分要消耗约2kW的功率，在运送物料的过程中要经过链传动，减速器等K=1.5许多环节，有功率的损耗，且电动机的输出功率与额定功率之间需要有功率储备系数，尤其是当需要连续运转时，其功率储备系数要较大，一般取，因此选用电动机的功率为4kW，又因为要在矿井中应用，所以需要选择防爆电机，电机的型号为YBS-4。2.3减速器的选型根据总体布置方案可知，减速器的输入轴与输出轴必须是相互垂直的，因此减速器选用DC型圆柱、圆锥齿轮减速器，根据要求，其承载能力必须按照输入功率和热效应这两项功率来进行计算。选用步骤如下所示：（1）确定减速器的总传动比式中，为电动机转速； 为输出轴转速选择DCZ三级减速器。（2）确定减速器的规格（主要是按照公称中心距来确定）减速器的公称中心距是按照其公称功率值来确定的式2-1： 式2-1式中，减速器公称输入功率，查表可知 被传动机械所需功率， 工况系数，查表2-1可知。用于中等冲击载荷的情况，查表2-1知， 选用DCY160型减速器，其公称输入功率为30kW原动机每天工作时间、h载荷种类平稳载荷中等冲击载荷重冲击载荷电机、涡轮机3-101.251.251.7510-241.251.52.0表2-1工况系数（3）验算启动转矩启动转矩用式2-2进行验算： 式2-2式中启动转矩或最大输入转矩 式2-3（4）验算热功率当减速器不附加外部冷却装置时，对减速器热功率验算时用式2-4进行验算： 式2-4查表得,查表0.75；功率利用系数的计算： 式2-5根据式2-5查表可知验算热功率：将查出的数值代入式2-4：所以，选用的减速器符合要求，减速器的装配形式图如图2:2所示。图2-2减速器装配形式图2.4各组成部分的设计2.4.1料斗料斗如图2-3所示。此设备有两个料斗，分为砂石料斗与水泥料斗，具体设计如下第三章所示。图2-3料斗2.4.2混凝土输送部分1混凝土输送机结构图如图2-4所示，其主要功能是分别将从砂石与水泥输送机中接过的物料在带式螺旋叶片的输送下将物料推向前进，并在料槽的后部开了一个槽，让物料从此处流出，以供使用。因此此部分的重点是两段不同螺距的螺旋叶片的设计。图2-4混凝土输送部分1带有轴肩的实心轴 2轴承部分 3弹性圆柱销 直槽型 重型 GB/T879.1-2000 4焊有螺旋叶片的空轴 5带式螺旋叶片此部分主要有槽钢、角钢、轴、螺旋叶片、垫片、螺母、轴承、轴承端盖，U型板等组成。槽钢与角钢的材料为45钢，轴承端盖的材料为铸铁，轴分为两段，一段是有轴肩的实心轴与焊接有螺旋叶片的空心轴，实心轴的材料选为45钢，空心轴因为要承受一定的冲击载荷且砂石与水泥的重量承载在其上，因此材料选用45钢，且淬火加调质处理以提高其表面的综合性能。图中1和4通过3连接，弹性圆柱销具有弹性，将1与4连接后与孔壁压紧，不容易松落，且销孔的精度较低，互换性好，可多次装卸。载荷大的时候可以几个配合一起使用，且相邻内外两个销的缺口应错开180。但是其不适宜用于高精度的定位，用于有冲击，振动的场合，在一些场合可以代替圆柱销、圆锥销与开口销。轴承部分的结构图如图2-5所示。其有四部分组成，1通过螺栓压紧矩形橡胶垫圈，板2与槽共同定位J型无骨架橡胶油封，轴承通过螺栓与轴肩定位，轴承端盖上还有毛毡密封。此部分设置有多个密封，可进行多层密封，更能防止灰尘与油的进入。具体设计步骤如下第四章所示所示。图2-5轴承部分结构图2.4.3砂石与水泥输送部分此部分的设置与砂石与水泥的输送部分结构大致是一样，但是螺旋叶片的设计有所不同，具体设计步骤如第五章所示。2.4.4传动部分本次毕业设计的螺旋上料机是由电机驱动，经减速器减速后传至混凝土输送部分，砂石与水泥输送部分没有另一个电机来提供动力，因此动力必须传至与混凝土输送部分相互平行的砂石与水泥输送部分。可选用链传动。链传动是一种挠性的传动，是由链条和链轮组成的，通过链轮轮齿与链条节数的啮合来传递运动和动力。链传动在机械工业中应用广泛，链传动有许多优点：1、 整体尺寸较小，结构紧凑。2、 无弹性滑动和整体打滑的现象。3、 制造与安装的精度较低，成本也低。远距离传输时常用链传动。但是链传动只能实现两个平行轴上链轮的同向转动，还不能保证瞬时传动比。本设计螺旋上料机两轴相距较远，且工作环境较为恶劣，属于低速重载的场合，适宜选用链传动。我国链条标准GB/T 1243-2006中规定节距用英制折算成米制的单位，此处链传动的传动比为1:1，为单排滚子链传动，滚子链的ISO链号为16A，A系列适用于以美国为中心的西半球地区，我国主要使用的是A系的滚子链传动，具体设计如第六章所示。2.4.5机架机架部分的结构图如图2-6所示。因为本设计螺旋输送机的高度要求可以调节，所以，机架是三角形支架，三角形支架由两个槽钢通过绞制孔用螺栓连接，有两个可以调节高度的支腿，支腿中装有两个不同旋向的螺纹，通过旋动两段螺纹来进行调节高度，四个角也设置了可以调节高度的螺纹，当设备的位置确定后，即可调节四个角的螺纹，使四个支架与地面接触，用以支撑整个机构，具体设计如七章所示。图2-63料斗料斗用于盛装物料，并通过料斗的出料下料，出料口有圆形、方形等多种形式，此处采用出料口为方形出料口，出料口的边长为220，料斗的材料为铸铁，并且料斗通过焊接在槽钢上与整个机构连接在一起。4混凝土输送部分的设计计算与校核4.1螺旋输送机运动学分析以物料作为研究对象，对其进行运动学分析，如图4-1所示，假设物料距离螺旋轴线的距离为。图4-1 物料受力分析螺旋叶片在运动过程中会对混凝土产生一个作用力，因为混凝土和叶片之间会有摩擦，因此作用力的方向并不是垂直向下的，而是会与螺旋面的法向方向偏离一定的角度，假设其角度为。与物料与叶片的摩擦有关，因此其大小由螺旋表面的粗糙度和混凝土对螺旋叶片的摩擦角共同决定。对于一般冷轧或热压制成的螺旋表面， 可忽略表面粗糙度对的作用，也就是可看成。作用力可被分解阻碍物料输送的法向分力与使物料沿轴向输送的径向分力。混凝土会在合力的作用下，在料槽中既作径向旋转运动，又沿轴向运动的一个复杂的复合运动。电机作为动力会驱动焊接有螺旋叶片的轴转动，当轴以角速度旋转时，物料的运动速度可以通过速度三角形来进行求解，假设物料在距离螺旋叶片为的点处。表示混凝土牵连运动的速度，用矢量 表示；混凝土对于螺旋叶片的相对滑动速度，和螺旋线的切线方向平行，用表示。由于混凝土与螺旋叶片之间有摩擦力的作用， 混凝土运动的速度 的方向与法线法线方向的角度为摩擦角。可对进行分解，得到混凝土运动的轴向速度和法向速度。其中，就是在料槽中输送混凝土的轴向输送速度，则表示对物料输送的干扰和阻碍，如图4-2所示。 图4-2物料速度分析对混凝土进行速度分析，可得到混凝土沿轴向移动的速度：其中，为螺旋面升角。而，所以 式4-1由于 所以式4-1可写成： 式4-2同理可得圆周速度： 式4-3式中：螺旋螺距， 螺旋转速， 混凝土与螺旋叶片之间的摩擦系数，为叶片与混凝土之间的摩擦角， 螺旋面升角，由式（4-2）及式（4-3)，可得出混凝土在料槽内轴向运动速度和法向运动速度随半径的变化而变化(示意图如图4-3所示)。由图4-3可知，开始随着半径的增加而增加，超过螺旋轴半径之后，半径增加速度反而减小，因此，混凝土在螺旋叶片间的运动过程中会产生相对滑动，在整个过程中都是随着半径的增加而增加。可见，靠近螺旋轴的混凝土的速度要比远离螺旋轴的大，但是比外层的要小；相反，靠近螺旋叶片外侧的混凝土的大、小。这会使内层的混凝土较易随着螺旋轴一起转动，因而产生了一个附加的物料流。螺旋叶片在一定的达到一定的转速之前，附加的物料流对混凝土运动的影响并不明显。但是，当达到了一定的转速后，混凝土就会产生与输送方向垂直的翻滚， 这会起到一个搅拌的作用。这不仅会降低混凝土输送的效率，加剧了设备的磨损，而且还会增加螺旋消耗的功率。所以，为了避免发生这种现象，螺旋的转速必须小于或等于它的临界转速。图4-3 螺旋叶片直径，4.2输送部分主要工艺参数计算螺旋输送机可分为水平和垂直的两种类型。按照螺旋叶片的类型可以分为全叶式、叶片式、带式和齿形式螺旋输送机，也可以按照螺旋线的类型来进行分类，可分为等距等径螺旋输送机、变距等径螺旋输送机、变径等距螺旋输送机、变径变距的螺旋输送机。本设计为等径变螺距的带式螺旋输送机，主要是改变了输送机进料部分的螺距，进料部分的螺距小于正常段的螺距，通过改变螺距其填充系数会发生变化，物料在进料处螺距较小的一段会填满螺旋，当物料运送到正常输送段时，螺距相较于之前大得多，物料的总体积总量不会减少，但是分布在螺旋面上的混凝土会减少但是不会降低上料机的工作效率。此设计在进料口段是略干的砂石与水泥，在输送过程中要不断加入水，因此会并且带式螺旋较适宜输送有粘滞性、易结块的物料，如混凝土。4.2.1输送量的选取 输送量可以表示输送机的生产能力，是输送机设计的一个重要参数，输送量一般是根据生产要求来定。输送量与其他许多参数密切相关。在输送混凝土时，虽然螺旋输送机的输送量与轴径有一定的关系，但是对整个机构而言，所占的比重很小，所以，输送机的物料输送量可以按下式计算 其中，Q螺旋输送机的输送量， F料槽内物料层的横截面面积，。，其中，为填充系数（见表4.1），为螺旋叶片外径，为螺旋叶片内径，。 物料的单位容积质量，它与输送物料的种类、湿度、净化的方式、效果等许多因素有关。 倾斜输送系数，要考虑螺旋输送机倾斜布置时对混凝土输送效果的作用，其值见表4.1。在实际运输过程中，通常不考虑混凝土轴线方向的阻碍，因此，混凝土在料槽中的轴向运动速度。所以， 4-4 由（式4-2）可以看出，输送机的混凝土输送量与螺旋外径、螺旋内径、转速、螺距、填充系数、物料单位容积质量及倾斜输送系数有关，当物料输送量给定后，可以通过改变螺旋外径、螺旋内径、转速、螺距和填充系数等四个参数来使满足要求。 表4.1倾斜输送系数倾斜角度0510152030405060708090倾斜输送系数10.970.940.920.880.820.760.700.640.580.520.46填充系数0.50.460.460.420.400.380.360.350.350.320.320.304.2.2螺旋轴转速的计算输送量在很大程度上受螺旋轴转速的影响。一般来说，输送机的的生产能力会随着转速的增加而上升，但转速也不宜过大，因为当转速超过其临界转速时，混凝土会因为受到过大的离心力的作用而向外运动，这样会导致混凝土无法进行输送。所以转速的取值是有一定的范围的，其值不能够超过极限转速（即临界转速）。当处于螺旋外径位置处的混凝土不产生与输送方向垂直的径向运动时，它所受的最大的离心力与其本身的重力之间有如下式的关系：即：输送不同的物料会对其产生影响：则 式4-5其中，物料的综合系数（见表4.2） 重力加速度， 螺旋轴的极限转速，即临界速度，令，则式(4-5)可转化为较为常见的经验公式： 式4-6式中：物料的综合特性系数，见表4.2。因此，螺旋输送机的螺旋轴转速应根据物料输送量、螺旋叶片的内径、外径和物料的综合特性来决定，在满足输送量要求的前提下，螺旋转速不宜过大，更加不能超过其极限转速，即： 式4-7其中，螺旋的实际转速，根据（式4-6）计算，预估，取4.2.3螺旋叶片外径D和螺旋叶片内径的选择对于带式螺旋输送机来说，螺旋叶片外径和螺旋叶片内径是螺旋输送机的重要参数，直接影响螺旋输送机的输送量量和其结构及尺寸。通常，对于螺旋输送机而言，是根据螺旋输送机的生产能力、输送材料的类型、分布形式及结构来确定螺旋叶片的内、外径。将式(4-6)代入式(4-4)，并假设,为螺距与螺旋叶片外径的比例系数，对于带式螺旋来说，一般取=1，则式(4-4)为： 式4-8其中，则：取式中：物料综合特性系数 物料综合特性系数为总结的经验数值，一般说来，根据输送物料的性质，物料可被分为4 类。第1类为无磨琢性、流动性好且较轻的物料； 第2类是无磨琢性但流动性较和第1类相比较差的物料； 第3类是物料的粒度尺寸及流动性和第2类接似，但磨琢性与其相比较大的物料；第4类为磨琢强烈且流动性差的物料。各种物料的K 值见表4.2。表4.2物料综合特性系数物料块度磨琢性举例填充系数值值粉状无磨琢性面粉，米粉0.40-0.500.038786粉状半磨琢性水泥，石灰0.30-0.400.041575粒状半磨琢性小麦，玉米0.25-0.300.055846粒状磨琢性砂石，化肥0.20-0.350.063228块状半磨琢性煤，矿石0.15-0.200.079515液状无磨琢性面浆，纸浆0.55-0.600.078519液状磨琢性混凝土，建材料0.50-0.550.065428并且，螺旋叶片的外径通常是制成标准系列，D 100，120，150，200，250，300，400，500 和600mm， 目前已发展到D1000mm，最大可达1250mm。根据式（4-8）计算出来的D值应尽量圆整成如上的标准外径值，mm。4.2.4确定螺距螺距在设计螺旋输送机时也是一个重要参数，在填充系数确定的情况下，其值不仅影响着螺旋面的升角， 还决定着混凝土运行的滑移面，因此，混凝土输送过程会直接受到螺旋输送机螺距的影响。当输送量和螺旋输送机的内、外径 确定后，如果螺距发生改变，混凝土运动的滑移面随之发生改变，这将导致混凝土运动速度分布的变化。通常情况下，螺距应满足的条件有：考虑螺旋面与混凝土之间的摩擦力的作用以及速度各分量之间的适当分布关系的两个条件，来确定最合理的螺距值。由图4-2可知，混凝土所受的轴向作用力： 要使，必须满足，因为在处的最大（为螺旋轴直径），而此时的最小，所以许用螺距通过下式求出：若使 则： 式中：物料与螺旋叶片之间的摩擦系数 螺旋轴直径系数，=0.3-0.35。并且，速度各分量也会受到螺距的影响。螺距增加时，虽然螺旋输送机的轴向输送速度会增大，但是法向速度会出现分布不均的情况；相反地，螺距较小时，速度各分量的分布情况较螺距大时会有所好转，但是轴向输送速度也会减小。因此，在确定螺旋输送机的最大的许用螺距时，必须满足的第二个条件是建立在混凝土运动速度的各个分量合理的前提条件之下的，即不仅要使混凝土在运行过程中有尽可能大的轴向输送速度，而且要使螺旋面上各点的轴向输送速度大于法向速度，即，由此可得： 式4-9整理得：因此在处（在螺旋外径处），可将上式写成：所以螺距应满足以下两个条件： 式4-10物料的摩擦系数可参考连续运输机设计手册。通常可按下式计算螺距： 式4-11对于标准的输送机而言，通常取0810；当水平布置时，0.81.0；当倾斜布置或输送物料流动性较差时0.8。对于带式螺旋输送机，通常取1。本设计是此部分采用等径变螺距螺旋输送机，进料口处的螺距与正常段的螺距取不同的数值，将进料口处的螺距设计为正常段的螺距。4.2.5螺旋轴直径d螺旋轴的直径与螺距有一定的关系，两者共同决定了螺旋叶片的升角，也就是决定了混凝土的滑移方向和速度分布的情况，因此，在确定轴径与螺距之间的关系时不仅要考虑速度分量之间的分布情况还要考虑混凝土与螺旋面之间摩擦力的作用。根据对混凝土的运动分析可知，要使混凝土能够在料槽中进行轴向运动，其轴向速度要大于0，即螺旋面升角，又因为，因此，螺距与轴径之间首先要满足的条件是： 式4-12通常，对于大多数螺旋输送机而言，其螺旋体的结构都是能够满足其条件的，但是对于少数螺旋输送机而言（例如螺旋叶片的外径），就不一定能满足条件了，因而在确定螺旋叶片外径较小的螺旋体的和时，必须对其进行验算。轴径与螺距的还需要满足的条件是：螺旋轴径处的轴向速度要大于圆周速度，即,同时，在不影响输送效率的前提下，要降低制造的成本且使结构尽量的紧凑。一般轴径计算公式为： 式4-144.2.6填充系数的验算料槽中混凝土的填充系数对其输送的效率及能量的消耗有相当大的影响。若填充系数较小，混凝土堆积的高度就会较低，大部分混凝土就会靠近螺旋叶片的外侧，从而，输送过程中的轴向速度会较大而圆周速度较小，这时，混凝土在沿输送方向上的速度要远远大于沿圆周方向的速度；相反地，若填充系数较大，其圆周方向的速度会比输送方向的速度大得多，这就会使输送速度降低，并且增加了能量的损耗。所以，填充系数在满足要求的前提下适当地取小值较好，通常取。另外，填充系数也在一定程度上会受到倾斜角度的影响。各种物料的填充系数值可参考见表1。取，校验填充系数用式4-15 式4-15其中，计算得出的填充系数，说明选择的转速能够满足要求，且不会使螺旋叶片产生过大得磨损。4.2.7倾斜角度倾斜角度对于螺旋输送机而言也是影响其生产率和消耗功率的一个参数，通常倾斜角度也是以一个影响系数来体现的，具体值参见表1。螺旋输送机的输送能力会随着其倾斜角度的增加而迅速降低，并且螺旋输送机的倾斜角度也会在一定程度上对混凝土的输送效果产生影响。同时，倾斜角度还会对输送混凝土的填充系数有影响，混凝土的填充系数会随着倾斜角度的增加而减小，具体值参见表4.1。本设计的最高倾斜角度为15，且可通过调节支腿的高度来改变倾斜角度，可适用于不同的条件下。4.2.8传动功率螺旋输送机部分的驱动功率主要是用于克服在输送混凝土过程中多种阻力消耗损失的能量。主要包含以下几个方面：（1）克服混凝土在运行到高度下重力所做的功；（2）混凝土在运行过程会产生摩擦而引起能量的损失（主要是对料槽壁和螺旋叶片的摩擦）；（3）混凝土内部相互摩擦而产生的能量的损失；（4）各轴承处的能量的损失。在计算输送机电动机的驱动功率时，主要就是计算在机构运动过程中各个阻力。为方便起见，螺旋输送机的功率主要由以下几部分组成：混凝土运行所需要的功率,螺旋输送机空载时转动所需要的功率，以及由于倾斜而附加引起的功率。其中，所以 3-16式中：螺旋输送机的输送功率， 输送量，18 输送距离，2.48 倾斜高度，0.642 螺旋外径，0.3 混凝土运行阻力系数，4.9电动机驱动功率为： 式4-16式中：功率储备系数，一般取1.2-1.4 电动机传动效率，对于要求能够连续作业的螺旋输送机而言，由于需要整个系统机构能够连续工作，且要求自动化程度高，机构中任何一部分发生故障都会影响到整个系统的运行，因此，此时的螺旋输送机要求有较大的功率储备。混凝土输送机各部分参数：水灰比0.4混凝土综合密度:2400输送量：18螺旋叶片直径:300轴的直径:100进料口螺距:150其余段螺距:300转速：螺旋输送机的倾斜角度：15输送所需功率为1.28螺旋叶片厚度4.3混凝土输送机的校核4.3.1轴的校核1、确定轴的最小直径在进行轴的设计时，通常利用这种方法来确定轴的最小直径，在混凝土输送部分有两个段轴，一段实心轴，一段空心轴，空心轴无需进行校核。实心轴的直径可按式3-16进行计算 式4-16 其中，许用扭转切应力，； 轴传递的功率，； 轴的转速，； 计算截面处轴的直径，；轴的材料选45钢，淬火并且调质处理查表得。计算得：空心轴的计算公式按式3-2-2计算 式4-17其中，即空心轴的内径与外径之比， 轴的材料同样选用45钢，热处理是淬火加调质处理。计算得：设计实心轴段的最小轴径是60，空心轴段的直径为100。2、按扭转强度条件进行计算实心轴的设计简图如图3-4所示。图4-4轴的结构简图在轴上主要就是轴承的作用力和物料给轴的一个反作用力。因此首先确定轴承支点的位置，即要查的的值，对于30000型22系列国标为的圆锥滚子轴承，量得。且由分析可知这个转轴不仅承受弯矩还承受了一定的扭矩 ，但是因为轴所成的弯矩很小，所以只需按照扭转强度进行校核即可。轴的扭转强度条件用式4-18进行计算 式4-18其中：扭转切应力，； 轴所受的扭矩，； 轴的抗扭截面系数，； 轴的转速，； 轴传递的功率，； 计算截面处的直径，由式4-18可知，最小轴径处的扭转强度最大，即最小轴径处是危险截面计算可知：轴的材料为45钢，查表可知，45钢的许用扭转切应力，即轴能够满足要求。4.3.2轴承的校核由分析可知，轴的受力及转矩与扭矩的示意图如图4-5所示。图4-5受力、弯矩与扭矩示意图计算螺旋叶片的轴向力螺旋叶片的径向力由前面计算可知：轴所受的轴向力轴所受的径向力（1） 计算支反力由计算出垂直面上的作用力计算出水平面上的作用力（2）派生轴向力；又因为故 (3) 轴承上的的轴承1：因为，故轴承2：因为，故(4) 轴承上当量载荷轴承1：轴承2（5） 验算轴承32212的寿命，根据式4-19进行计算 式4-19假设每年按300计算，每天工作12个小时，要求轴承十年更换一次，即要求轴承能工作36000。所以轴承能够满足使用要求。4.3.3键的校核此处用的是A型普通平键，平键的主要失效形式就是工作面被压溃，因此，普通平键的校核通常只需按照工作面的挤压应力来进行校核计算即可。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件用式4-20表示： 式4-20式中：传递的扭矩，； 键与轮毂键槽的接触高度，此处为键的高度，； 键的工作长度，此处选用圆头平键，所以其工作长度为，为键的宽度，；轴的直径，；键、轴、轮毂三者之中最弱材料的许用应力，由于选用的材料为45钢，且键连接处为轻微冲击载荷的情况，所以其需用应力为。其中扭矩用公式4-21计算 式4-21计算代入式4-21得所以键的选用是合适的。键的标记为键4.3.4销的校核此处的销是既用于连接又用于定位的弹性圆柱销直槽型重型，销主要是受到轴扭转时引起的挤压应力和剪切应力，因此必须要校核销所受到的挤压应力以及剪切应力能否满足要求。（1） 销的挤压应力用式4-22计算 式4-22式中，转矩， 轴的直径， 销的直径， 销的长度， 销、轴、套三个零件中最弱者的许用挤压应力，将数值代入式中 查表的在轻微冲击载荷情况下，的值为，所以销2能满足要求。（2） 销的剪切应力用式4-23计算 式4-23式中，转矩， 轴的直径， 销的直径， 销的长度， 销、轴、套三个零件中最弱者的许用剪切应力，当两个弹性圆柱销在同一尺寸上对称使用时，其强度为两个销的轻度之和。将数值代入式中计算 所以销能满足剪切强度的要求。4.4混凝土输送机与其他部件的连接形式混凝土输送机通过两个槽钢与两块板用螺栓连接，使其与机架相固定，通过通过槽钢、垫板与螺栓与砂石与水泥输送部分连接在一起，并且通过角钢与链传动的防护罩相连。5砂石与水泥输送机设计砂石与水泥输送时，采用的是实体式螺旋叶片，且螺旋叶片分为两段，下段的将物料向上运输，上端的将物料向下运输，即螺旋叶片上分布的是两段不同旋向的螺旋叶片，最终通过两个不同旋向的叶片的旋转将物料在中间部位落下至混凝土输送机中完成物料的输送。所以砂石与水泥输送机中主要是设计两个不同旋向的实体式螺旋叶片，以及需要主要前面所提到的安装与拆卸的问题等。其结构简图如图5-1所示。图5-1砂石与水泥输送机结构简图5.1各部分参数确定5.1.1输送量的确定输送机输送量的计算用式5-1，由前面可知，混凝土输送机的输送量为。而此混凝土的水灰比为0.4，所以砂石与水泥输送机的输送量为10。 其中，Q砂石与水泥螺旋输送机的输送量， F料槽内物料层的横截面面积，。，其中，为填充系数（见表4.1），为螺旋叶片外径，。 物料的单位容积质量，它与输送物料的种类、湿度、净化的方式、效果等许多因素有关。 倾斜输送系数，要考虑螺旋输送机倾斜布置时对混凝土输送效果的作用，其值见表4.1。在实际运输过程中，通常不考虑混凝土轴线方向的阻碍，因此，混凝土在料槽中的轴向运动速度。所以， 式5-1其中，为螺旋叶片的直径。 为螺距。 为轴的转速。 为填充系数，查上章表4.1可知。 为物料单位容积的质量，1.4。 为倾斜输送系数，查上章表4.1可知。5.1.2转速的确定由式5-2计算得 式5-2计算：取：其中，为物料综合特性系数，查上章表4.2可知。5.1.3螺旋叶片外径的计算实体式螺旋输送机的计算公式为式5-3，对于实体式螺旋输送机而言，。 式5-3其中，,，则，将其圆整取。5.1.4确定螺距螺距用式5-4计算 式5-4此部分采用实体螺旋，取，则此部分螺距为。5.1.5螺旋轴直径螺旋轴直径的计算公式可按式5-5计算，即 式5-55.1.6填充系数的验算取，按下式校验填充系数即，其中， 计算得出的填充系数，所以，转速能够满足要求。5.1.7倾斜角度本部分的倾斜角度应与混凝土输送机部分的倾斜角度一致，即倾斜角度为15.这样两条轴才能平行布置，即此时可以使用链传动。5.1.8传动功率按照5-6计算传动所需的功率 式5-6式中：螺旋输送机的输送功率， 输送量，10 输送距离，1.06 倾斜高度，0.274 螺旋外径，0.3 砂石与水泥运行阻力系数，3.2对于电动机驱动功率为： 式中：功率储备系数，一般取1.2-1.4 电动机传动效率，计算得：砂石与水泥输送机各部分参数：混凝土配比：水泥：石子：砂=1:2:2物料综合密度:1400输送量：10螺旋叶片直径:250轴的直径:80螺距:200转速：螺旋输送机的倾斜角度：15螺旋输送机总机长度：1.06输送所需功率0.21螺旋叶片的厚度5.2砂石与水泥输送部分的校核 5.2.1轴的校核1、确定轴的最小直径实心轴的直径可按式5-7进行计算 式5-7其中，许用扭转切应力，； 轴传递的功率，； 轴的转速，； 计算截面处轴的直径，；轴的材料选45钢，淬火并且调质处理查表得。计算得：空心轴的计算公式按式5-8计算 式5-8其中，即空心轴的内径与外径之比， 轴的材料同样选用45钢，热处理是淬火加调质处理。计算得：设计实心轴段的最小轴径是50，空心轴段的直径为80。2、按扭转强度条件进行计算实心轴的设计简图如图5-1所示。图5-1实心轴设计简图在轴上主要就是轴承的作用力和物料给轴的一个反作用力。因此首先确定轴承支点的位置，即要查的的值，对于30000型22系列国标为的圆锥滚子轴承，量得。根据上章分析可知，只需对轴进行扭转强度校核，轴的扭转强度条件用式5-9进行计算 式5-9其中：扭转切应力，； 轴所受的扭矩，； 轴的抗扭截面系数，； 轴的转速，； 轴传递的功率，； 计算截面处的直径，由式4-9可知，最小轴径处的扭转强度最大，即最小轴径处是危险截面计算可知：轴的材料为45钢，查表可知，45钢的许用扭转切应力，即轴能够满足要求。5.3.2轴承的校核根据条件选用轴承的型号为32212。由分析可知，轴的受力及转矩与扭矩的示意图如图5-2所示。图5-2轴受力的弯矩与扭矩示意图根据物料的容重与料槽的容积可计算得轴所受的力：轴向力径向力（2） 计算支反力由计算出垂直面上的作用力计算出水平面上的作用力（2）派生轴向力；又因为故 (5) 轴承上的的轴承1：因为，故轴承2：因为，故(6) 轴承上当量载荷轴承1：轴承2（6） 验算轴承32212的寿命，根据式4-10进行计算 式5-10假设每年按300计算，每天工作12个小时，要求轴承十年更换一次，即要求轴承能工作36000。所以轴承能够满足使用要求。5.3.3键的校核此处仍然用的是B型普通平键，平键的主要失效形式依旧是工作面被压溃，因此，普通平键的校核通常只需按照工作面的挤压应力来进行校核计算即可。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件用式5-11表示： 式5-11式中：传递的扭矩，； 键与轮毂键槽的接触高度，此处为键的高度，； 键的工作长度，此处选用圆头平键，所以其工作长度为，为键的宽度，；轴的直径，；键、轴、轮毂三者之中最弱材料的许用应力，由于选用的材料为45钢，且键连接处为轻微冲击载荷的情况，所以其需用应力为。其中扭矩用公式5-12计算 式5-12计算代入式5-12得（合适）键的标记为键5.3.4销的校核此处的销是既用于连接又用于定位的弹性圆柱销直槽型重型，销主要是受到轴扭转时引起的挤压应力和剪切应力，因此必须要校核销所受到的挤压应力以及剪切应力能否满足要求。（3） 销的挤压应力用式5-13计算 式5-13式中，转矩， 轴的直径， 销的直径， 销的长度， 销、轴、套三个零件中最弱者的许用挤压应力，将数值代入式中 查表的在轻微冲击载荷情况下，的值为，有四个销对称使用，其强度是原有强度的四倍，所以销能满足要求。（4） 销的剪切应力用式5-14计算 式5-14式中，转矩， 轴的直径， 销的直径， 销的长度， 销、轴、套三个零件中最弱者的许用剪切应力，当两个弹性圆柱销在同一尺寸上对称使用时，其强度为两个销的强度之和。将数值代入式中计算 所以销能满足剪切强度的要求。砂石与水泥输送部分和混凝土输送部分通过槽钢与螺栓相互连接与固定在一起，其中心线之间相距500。6链传动部分此处采用滚子链传动，滚子链的优缺点在第二章已经表述过，滚子链的结构如图6-1所示。滚子链是由滚子、套筒、销轴、内链板和外链板组成，内链板和套筒之间、外链板和销轴之间是过盈配合，而滚子与套筒之间、套筒与销轴之间是间隙连接。因此，在内外链板相对挠曲时，套筒可以绕着销轴发生转动，滚子又是活动的套在套筒上的，工作时，滚子在链轮齿廓上滚动，滚动的摩擦较滑动的摩擦小的多，因此可以减轻对齿廓的磨损，当传递功率大时，可以采用双排链或是多排链。多排链的承载能力是与排数成正比的，但是由于制造精度和运动过程中精度的影响，多排链承载的载荷分布易不均，所以排数不易过多。图6-1滚子链结构示意图6.1链条部分（1）选择链轮的齿数取链轮的齿数为13。传动比为1，所以两个链轮的齿数均为13。（2）确定计算功率查表可知工况系数。由