毕业设计（论文）-颗粒分装机的机械系统设计

本科毕业论文（2017届）题 目颗粒分装机的机械系统设计学 院机械工程学院专 业机械设计制造及自动化班 级13机制2学 号学生姓名指导教师完成日期2017年4月全套图 纸加扣 3346389411或3012250582诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文颗粒分装机的机械系统设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日摘 要随着人们生活水平逐渐提高，人们对各种方便食品的需求也随之增长，同时这也使我国的食品包装机行业得以发展。未来的机械包装行业，将会朝着数字化方向发展。但是，我国目前的机械包装行业依旧比较原始，在产品最后的定量称重模块，许多中小型企业，还是以人工形式为主。该方法劳动强度大、工作效率低、成本也相对较高，对于企业的大规模生产以及劳动生产率的提高形成了一种制约。因此，各种类型的分装机应运而生。相对于其他形式的分装机，文章采用双螺杆式定量分装机，双螺旋式定量分装机用于物料输送过程的设计在设计资料中较为常见，通常在粉料和颗粒状物料生产中使用，以达到生产线生产能力的控制。特别是对流动性较差的物料，定量螺旋给料机的优势较为明显。并且，螺杆式定量包装机的结构简单，充填效率较高，应用广泛。其中，螺杆在螺杆式定量包装机中占据着十分重要的地位，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。本文是通过控制螺杆的旋转时间来控制物料的重量。本文分析了应用于食盐颗粒分装的双螺旋颗粒分装机，考虑到食盐颗粒的特性，以及螺旋输送器的尺寸以及动力参数是否设计的符合要求，这将直接影响到物料的计量精度。为此，文章对螺旋给料器器的进行了结构设计，并进行三维造型。关键词：定量给料 双螺旋 三维造型ABSTRACTAs people living standard gradually improve, peoples demand for all kinds of convenience food also grow, at the same time it also makes our countrys food packages installed industry to develop. The future machine packaging industry, will develop in the direction of digital. But, our countrys current machine packaging industry are still primitive, in the final quantitative weighing module products, many small and medium-sized enterprises, and give priority to in human form. This method is low labor intensity, work efficiency and cost is relatively high, for an enterprise to mass production and the improvement of labor productivity formed a bridle. Therefore, various types of packaging machine arises at the historic moment.Relative to other forms of packaging machine, the article adopts double screw quantitative packaging machine, double spiral quantitative packaging machine is used in the design of material conveying process is common in the design data, usually used in powder and granular materials production, to achieve production line production capacity control. Especially for less liquid material, the advantage of quantitative spiral feeder is more obvious. And screw quantitative packaging machine is of simple structure, filling high efficiency, wide application. Among them, the screw in the screw quantitative packaging machine occupies a very important position, main principle is through controlling the rotation of the screw turns or rotating time to control the weight of packing material. This article is through the control of screw rotation time to control the weight of the material.This paper analyses the application in salt particle packing of the double helix particle racking machine, considering the characteristics of the salt particles, and whether the size of the screw conveyor and power parameters design meets the requirements, it will directly affect the measuring accuracy of material. To this end, the article has carried on the structure design of screw feeder, and the three dimensional modelling.Keywords: quantitative feeding double helix three-dimensional modelling目 录摘 要3ABSTRACT4第一章 绪论6第二章 研究现状72.1 关于自动称量的国内外发展现状72.1.1静态计量装置72.2计量系统的控制系统发展现状92.3分装机的国内外发展现状9第三章 颗粒分装机的机械结构113.1供料装置的结构形式113.1.1活门重力式113.1.2皮带式给料结构123.1.3电磁振动给料方式123.2称重控制133.2.1采用带定值控制的通用称重仪表和PLC控制133.2.2采用定量秤专用控制器13第四章 设计要求13第五章 螺旋给料器的设计135.1螺旋给料器分类及结构特征145.2螺旋给料器工作原理145.3螺旋给料器结构改进设计155.4螺旋给料器主要设计参数分析与确定155.4.1螺旋直径的设计计算155.4.2螺距的设计计算165.4.3螺旋轴径的设计计算165.4.4 螺旋轴转速的确定175.4.5螺旋给料器的料仓设计185.4.6螺旋给料器机筒以及机架的设计计算205.4.7螺旋给料器的搅拌器设计20第六章 驱动电机功率的计算22第七章 称量斗的设计227.1传感器工作原理227.2称量斗的主要技术参数237.3称量斗的称量流程23第八章 其它装置的选用258.1轴承的选用258.2防护与密封装置的选用268.3联轴器的选用268.4电机的选型268.5称量斗气缸的选型278.6舵机的选型278.6.1选用舵机的目的278.7传感器的选型288.8螺栓的选型28第九章 螺旋给料器整体结构设计28第十章 系统误差分析2910.1误差来源分析2910.1.1物料输送引起的误差29第十一章 结论与展望31致 谢31参考文献32第一章 绪论目前自动定量分装机在粮食、食品等各个行业中充当关键设备之一，得到了社会的广泛认可，它对于工业领域计量方式的自动化程度，产品的质量水平的提升，有着非比寻常的意义。近代以来，随着科学技术水平的突飞猛进，电子电力技术以及计算机技术也随之得以飞速发展，由此，衡器技术在近年来也有了突破式的发展，在定量包装技术飞速发展的情况下，物料的称量淘汰了最原始的手工称量方式，电子自动称量被广泛应用。在20世纪50年代，电子称重技术作为一种辅助测量技术，开始应用到衡器中，从20世纪60年代开始，机电结合电子衡器第一次出现在历史的舞台，并被作为一门新兴的技术，得以快速的发展，它是集各种技术为一体的一种综合技术，其中计算机控制及测试技术、机械制造自动化技术、物料输送、传感器技术、管理技术、微电子技术，并作为现代称重计量和控制系统工程的基础发挥着关键的作用。由于电子称重技术的应用，电子称重系统得以开发和发展，且这种系统具有广阔的应用范围和很强的渗透能力，和其它各种类型的高技术产业类似，国家经济发展和学术研究同样离不开电子衡器产业。电子称重技术应用于定量系统于是产生了自动定量分装机。自动定量分装机可以按照初始设计的流程及方法，通过自动称量将大宗物料分成具有一定质量的小份物料。这是一种新兴的称重控制装置，在非自动的衡器原有的基础之上，充分的利用了电子技术、自动控制技术、微机原理技术等发展起来的一种装置，被大量应用于各个领域，已达到称量和配料的目的，其中包括商品贸易行业、粮食加工行业、钢铁冶炼行业、食品包装行业、港口码头行业、医药配置行业、水泥生产行业、玻璃制造行业、化工原料行业等。通过定量称重，产品质量监控、统计成本、企业规划，从而使经济效益最大化。现今，世界各国都在为研发适用于不同领域的高效精确的定量分装设备。使本国在工业物料分装领域的自动化水平得以提高。与此同时，随着科学技术的飞速发展以及市场竞争的日益激烈，客户需求同样也日益提高，产品的品种日趋多元化，产品的更新时间也大幅度缩短。食品生产过程中，定量分装作为一个不可或缺的环节，对食品生产过程的影响将会是巨大的，其中，分装机的定量精度和其运行时的分装速度将直接影响到企业的收益，传统的人工称量方式以及手工分装形式，已经不能适应日益提高的生产力水平,市场对自动定量分装机的需求大大加强，以使食品生产过程的自动化程度得以提高。我国的食品分装技术在最近几年中取得了显著的进步，出现了很多分装机生产厂家，研制生产出了一系列运用于各个领域的分装机，虽然这些分装机的质量和性能还有待进一步提高。特别是在颗粒物料的分装上，当前国内分装机分装物料的速度和对物料的定量精度与国际市场的要求还存在一定的差距。由此，国内迫切需要一种具有良好的柔性、灵活度与一定精度的自动分装装置，以提高生产效率和适应产品更新换代的需要，在以上要求达到的同时要求分装机低碳环保、能耗少、噪音低、不易扬尘还要求节约成本。基于以上要求，设计上应该以符合用户需求为目标，同时结合柔性、模块化的设计原则、适用范围广的设计原则。最终达到满足市场客观需求，推动食品分装行业的发展。第二章 研究现状2.1 关于自动称量的国内外发展现状粉粒体顾名思义就是粉体和粒体，粉粒体具有一定的流动性，可通过流量方式进行测量。其在水泥、冶金、食品、化工等各个领域应用广泛，并且伴随着社会发展，粉粒体的计量装置和其计量控制系统也随之不断发展进步。计量装置的发展现状由于粉体容重比较小、易扬尘、流动性较强等物理特性都会给分体的计量和控制带来很大的难度，并且粉体还极易受水分、压力、温度等因素的影响，这同样会给计量的精确度产生极大的影响。当前，在不同的场合当中，物料的计量方式有动态和静态两种。2.1.1静态计量装置这种类型的装置的计量精度通常比较差，其精度大约在3%-1.5%左右。其形式主要包括容杯式，螺杆式，转鼓式，柱塞式四种，并且这种装置的成本相对较低、同时具有较快的计量速度。当物料容重小、密度稳定场合中比较适用。a. 容杯式计量装置容杯式计量装置有可调式和固定式两种，固定式计量装置适用于密度小、性质稳定的物料;当于物料粒径不等时可调式计量装置具有一定的优势。b.转鼓式计量装置转鼓式计量装置主要用在流动性较好和密度稳定的物料计量中，其工作原理是利用转鼓壳体内表面和外表面的腔体来对物料进行计量的。c柱塞式计量装置柱塞式计量装置应用范围比较广，当粒径较大、粘稠或者易结块的物料具有很大的优势。d.螺杆式计量装置螺杆式计量装置的的物料计量精度比较高，这种装置是利用螺旋叶片和螺距来达到物料输送目的的，想要知道物料的确切质量，只需要知道螺杆的转速以及螺距的有关参数即可，并且在输送物料的生产过程中不易对外产生粉尘。但是为了达到一定的分装精度，螺杆加工的精度要求比较高。2.1.2动态计量装置动态计量包括连续动态计量、间歇式动态计量两种方式，其是对不断变化的物料进行计量以及分装的过程，具有计量精度高的特点，但也存在计量缓慢、成本较高等缺点。当物料的颗粒密度变化较大、颗粒大小不均匀、容易结块时，可以考虑选择这种装置。a.连续称重式计量连续计量是指物料在持续下料和上料的时，通过闭环控制来对物料下料进行准确的控制，本课题研究的就是此类情形。b.间歇称重式计量间歇式计量是指物料的上料和下料过程不是连续的，通常应用在包装产品的计量，同样是采用闭环控制来准确控制物料的计量。动态计量装置相比静态计量具有较高的精度以及更易控制等优点，但相应的成本也比较高，并且当前科学技术正在不断的革新，动态计量装置的适用范围也越来越广，具有可以对多种物料同时进行准确计量的特点，因此被大量的应用于包装行业等领域。但是由于静态计量装置结构简单、计量速度快、成本相对较低等特点，一些中小企业可以根据自身需要进行选择。用户也可以根据不同的需要，选择适合的计量装置。2.2计量系统的控制系统发展现状伴随着互联网技术、微机技术、自动化技术的飞速发展，物料计量控制系统也经历了人工控制、机械控制、单片机控制、工业控制计算机集中控制等几个发展阶段。阶段一:纯粹的人工手工操作，各种操作都是由操作人员手动来完成的，各设备无法实现互相通讯。各种生产数据由操作人员手动记录，误差比较大。产品的质量取决于操作人员的操作的熟练程度，偶然性比较大，质量难以保证。阶段二:随着电子管、晶体管技术的产生和发展，产生了由这些电子元件组成的组合式仪表，然而这类组合仪表也存在一些缺点。其一，噪声比较大，为了处理噪声问题，会使电路相对复杂;第二，这类仪表的工作环境通常比较恶劣，比较容易老化并且易受到外界的干扰，而且成本比较高。因此此类系统的稳定性和可靠性相对比较差。阶段三:随着科技的进步与革新，大规模集成芯片技术日趋成熟，利用单片机技术设计的给料控制系统也越来越成熟，这种给料控制系统相比于之前两个阶段的控制系统的可靠性显著提高，能在很大程度上满足用户对产品的需求，因此，现今很多大中型企业仍然在使用这种计量控制系统。阶段四:随着计算机、组态技术的不断发展，具有结构紧凑、高可靠性、模块化、标准化等诸多优点的工业控制PC，被广泛应用于机械领域的生产控制中，并获得了诸多好评。2.3分装机的国内外发展现状我国定量秤生产厂家的规模都比较小, 产品的设计、研究和开发环节还有待提高。而且，我国的定量包装领域过去一直处于生产力水平低下、主体技术落后的状态, 大部分生产厂家目前仍然还在照搬国内外技术,缺乏创新。在新中国成立之初，我国只存在少数工厂有能力生产一些简单的人工操作的分装机，用于物料的分装 ，其结构简单，分装效率低下。更甚有一些小企业仅仅依靠一套图纸存活,一味的追求低成本, 对国内市场产生了及其不利的影响。当一个企业不具备自主知识产权, 特别是核心控制技术, 企业就难以长足发展，控制器作为定量分装机械最关键的部分, 大多数企业无法自主生产，需要从国外企业或合资、独资企业高价购买。当前, 国内的定量包装设备正处于产品结构调整、开发水平逐渐提高的新时期。技术升级,、产品换代永远是行业发展的主题。定量包装机械的发展对整个定量包装工业的发展有着至关重要的作用, 所以必须加大力度发展定量包装机械，以争取更大的国内外市场。当前，国内的小包装商品的市场占有率已达到市场总量的60%，而在超市中，更是达到了100%。因此，可以说定量分装行业已成为我国经济的支柱性产业，无论是在产品的种类或者技术性能方面都取得了较为明显的进步。现代化的生产已日趋向商品化、社会化和国际化方向发展，因而包装不仅在速度、质量、卫生条件等方面具有较高的要求，并且包装机械已经不局限于简单的机械化操作，同时能够适应多种产品的规格要求。虽然设备投资费用和能源费用都增加了，对包装材料的要求也更高了，但其生产能力和包装质量大大提高，企业的经济效益也会得到提高。目前，国内外的分装机械的发展正趋于少人化和无人化，少人化就是尽可能用自动化过程代替手工操作，使操作人员数量达到最少，而无人化发展对于现在国内的分装机行业来说尚处于空白状态。由于分装机分装物料种类的多样性，其带有装量检测功能以及调节功能是向少人化发展的前提，但是当前我国带有装量自动检测功能与调节功能的分装机几乎不存在，手工检测与调节仍然是主要国内分装机行业的主流。虽然带有装量检测与调节功能的分装机几年前就在国外出现，但由于当时技术水平的局限性，其装量检测与调节功能尚不成熟。现今，分装机生产厂家在研发产品过程中经常会陷入一个误区，即只最求产量而忽视分装机的装量精度，在一定程度上，高产量的分装机的研发相对容易，而装量精度恰恰是分装机研发的难题 。就以粉体分装机械最关键的部件分装头来说，目前国内分装螺杆仍沿用传统的圆柱等距式普通螺杆，这就很难保证各种不同物理性质的粉体的分装要求。整机的性能参数欠佳，主要表现为:分装效率低下、装量精度不高、装量范围比较小、粉体适应性差等几个方面。特别当粉体流动性很好或流动性很差时，其矛盾就更为明显，有时甚至不能进行分装。而且当装量物料的量很小或者装量量很大的时候，其装量的精度就更加得不到保证。再来看一看国外的情况。国外有代表性的厂家把粉体分为以下3类:自由流动粉体(例如盐)、非自由流动粉体(例如面粉)和中性粉体(例如速溶咖啡粉)。基于3类粉体不同的物理性质，设计了3种不同类型的螺杆分装头，以适应每一类粉体的分装。(1）对于自由流动粉体，在靠近螺杆的末端加一个挡料盘，以螺母固定，螺母旋向为左旋，以阻挡料粉流动。挡料盘的尺寸及与料管底部的距离由粉体的休止角和装量要求确定，而粉体的分装是通过在料管的下端连接1个简易的倒锥形收集器来完成。(2)对于非自由流动粉体，螺杆尾部基本与料管底部处于同一平面内，两者的距离只有0.396 mm。自喂料螺杆在料管喉部以上装有一组较大直径的倒锥形螺旋叶片，这样可以使非自由流动粉体更容易向下流到料管喉部。同时设计了一个较大的料斗空间，使粉体在其中有更久的滞留时间，有助于提高排气和视比重的均一性。（3)对于中性粉体，可以在自喂料螺杆的底部安装一个“滴注缓冲环”，或者在料管底部增加一个十字丝，当螺杆停止运转的同时，会产生一个细小的回压力，让粉体在料管内不落下，以达到防止漏粉的目的。通过对国内外螺杆式分装机关键部件分装头的分析得到，国外对粉体物理性质的研究相比于国内更加深入，由此设计的3种分装头也更符合生产实际，因此整机性能指标更好。第三章 颗粒分装机的机械结构颗粒分装机由储料仓、给料槽、称量斗、下料仓等几大部分组成。其中，储料仓用来存放待分装的物料，给料槽不断向称量斗加料，称量斗固定在称重传感器上，以实现分装物料的动态称重，下料仓用来汇集称量斗卸下的物料，使食品包装袋更易接料。颗粒物料易于流动，但流动规律性不明显，定量难度较大。虽然国内也有厂家生产有颗粒定量分装机，但大多数的分装机的适用范围较窄，在给料装置结构和控制方面的技术还不够成熟，存在许多需要解决的问题。本课题主要针对颗粒剂物料定量分装的控制技术进行研究，使定量分装机在不同物料和不同重量的分装要求下都能保证加工精度。3.1供料装置的结构形式在颗粒剂物料自动定量分装设备中，按给料装置的结构形式，可以分为活门重力式、皮带式和电磁振动式三种类型。其中：3.1.1活门重力式这种给料方式是利用被分装物料的自身重量来完成物料的定量分装，安装在秤斗底部的活门是用来卸料的部件，该种方式流量大，但控制精度低，适用于大剂量（50KG 以上）的物料分装。重力给料式结构如图3-1。图3-1 重力给料式3.1.2皮带式给料结构皮带给料式结构如图3-2所示，适用于中小剂量的物料分装，目前在市场上技术相对成熟。图3-2 皮带给料式3.1.3电磁振动给料方式电磁振动给料式如图3-3所示，这种给料方式通过振动电磁铁的振动带动料槽给料，调节振幅和振动频率可以改变给料速度。在采用该种给料方式的分装设备中一般使用快慢双振动器分开加料控制形式，采用两个振动器，两个料槽和一个称重斗。分装时先让强振动器振动，带动快加料料槽快速加料，当到达快加料预定值时，快加料强振动停止，弱振动慢加料启动，若到达慢加料的系统设定值时，停止给料，实现定量要求。电磁振动给料器的结构比较简单，能耗少，工作可靠，物料之间摩擦较小，不易产生损伤，供料速度调节比较方便，易清理，通用性强，是一种比较高效的供料装置。图3-3 电磁振动给料式3.2称重控制3.2.1采用带定值控制的通用称重仪表和PLC控制可以通过称重仪表实现重量信号转换、重量数值显示、定值输出等功能; 而PLC则完成定量秤的逻辑控制功能。PLC的工艺适应性强, 同时可修改PLC的程序来改变包装流程和控制外围设备。3.2.2采用定量秤专用控制器重量信号处理、数值显示、定值控制及逻辑控制等功能都由此控制器来完成。这种控制方式带有很强的针对性，定量秤需要的各种功能要求以及关键技术都可以集成在这种专用控制器当中。称重部分的控制大多采用可编程控制器来对实时称重的信号进行处理并将处理的数据送入显示和设定值的输出以及对其他辅助动作的逻辑控制功能。市场上基本采用自动检验衡器来对物料进行称量。第四章 设计要求1) 将称量速度保持在30包/分钟，且将称量精度控制在2%，使送料快速而准确 , 以提高包装机工作效率和包装质量。2) 供料平稳、无冲击，保证被包装的物料不受损坏。3) 供料机构的适应范围为600-1000g , 且考虑到一般产品包装的规格，从600开始，将每50g设为一个间隔，以减少因产品规格变化而引起的机构杆件种类更改和降低停车时间 。4) 机构简单、工作可靠，以降低设计、生产及维修费用 。第五章 螺旋给料器的设计给料设备的精度是影响称量精度的关键因素之一，小料称量中使用的给料设备要求将粉料均匀、定量地给进料斗，并要求根据称量物料的量确定加料时间和加料速度。因此，要通过要求的加料时间和加料速度设计和选用合理的给料设备。一般情况下，小料称量过程中用到的给料设备主要有以下两种形式，螺旋给料器和电磁振动给料器。由于化工行业原料中的小剂量物料的料性都不不是非常理想,，而且粒度比较小、吸水性较强，因此选用螺旋给料器更合适。设计螺旋给料器需要根据分装物料的规格来确定螺旋轴的直径和转速。因为小料称量中用到的螺旋给料器和其他环境下使用的螺旋输送机有所区别，小料称量时的螺旋给料机在保证给料量及给料速度的前提下，对给料精度的要求比较高，因此本课题设计的给料器为变直径的双螺旋给料器。5.1螺旋给料器分类及结构特征1）螺旋给料器的螺旋叶片有实体螺旋面型、带螺旋面型及叶片螺旋面型三种。实体螺旋面成为S制法，其螺旋节距GX型为叶片直径的0.8倍，可用在粉状和粒状物料的分装。带式螺旋面亦称D制法，这种螺旋节距与螺旋叶片直径相同，可用在粉状和小块物料的分装过程中。叶片式螺旋面应用相对较少，大多用在粘度较大和可压缩性物料运输过程中。在物料输送过程当期间，完成搅拌、混合等多道工序，其螺旋节距值大约是螺旋叶片直径的1.2倍。2）螺旋给料器的螺旋叶片旋向有左旋与右旋两种。3）螺旋给料器有水平固定式、垂直式两种类型。水平固定式螺旋给料器是最常见的形式。垂直式螺旋给料器多用在短距离提升物料，输送高度一般不超过8m，螺旋叶片为实体面型，它必须有水平螺旋喂料，以保证必要的进料压力。4）螺旋给料器的出料口，可以设置1/21全反向螺旋，以防止物料堵塞端部轴承。5）螺旋给料器由给料器主体、给料器护罩、驱动装置三大部分组成。给料器主体由料仓、机桶、大小螺杆、搅拌器、联轴器、电机组成。5.2螺旋给料器工作原理螺旋给料器利用螺旋叶片的螺旋轴的旋转，使物料产生沿螺旋面的相对运动，物料受到料槽和输送管壁的摩擦力作用不与螺旋一起产生旋转，从而使物料轴向推进，实现物料的输送。该双螺旋给料器主要应用在对称量精度要求较高的小给料量给料场合。大、小螺杆分别由两台变频器控制电机驱动，大螺旋的主要作用是提高给料器的给料速度，小螺旋的主要作用是在提高给料速度的基础之上保证下料的精度。双螺旋给料器的给料能力主要由大螺杆的设计参数决定。初给料时大小螺旋同时由电机驱动运转，称量过程中，当称重物料值达到称量斗设定称量值的98%时，大螺旋当前出料口关闭，另一出料口打开，向空称量斗给料；当小螺旋单独将剩余物料送完时，与大螺旋之前出料口一样，关闭当前出料口，打开另一个出料口给料。本次设计的双螺旋给料器应用于食盐定量分装。在称量过程中，称量精度由双螺旋给料器和称量斗传感器共同决定。5.3螺旋给料器结构改进设计采用一个大螺杆和一个小螺杆组合形式，螺杆外部焊接螺旋钢片构成的螺旋。在开始时大小螺杆同时工作，在结束阶段只有小螺杆工作，在一定程度上提高了给料的精度。5.4螺旋给料器主要设计参数分析与确定对于螺旋给料器，其给料能力可按下式计算： （5-1）式中：螺旋给料器的给料能力，；螺旋直径，m；螺距，m；螺旋转速，；粉料堆积密度，；物料填充系数。由上式可以看出，当物料给料量Q确定后，可以调整外径D，螺距S，螺旋转速n和填充系数四个参数来满足Q的要求。双螺旋给料器的给料能力为大小螺旋给料能力之和。5.4.1螺旋直径的设计计算螺旋叶片直径是螺旋给料器的重要参数，直接关系到给料器的生产能力和结构尺寸。根据螺旋给料器生产能力、输送物料类型、结构和布置形式确定螺旋叶片直径，由5-2式可得到螺旋叶片直径的计算公式： (5-2)式中：螺旋给料器的给料能力，；物料综合特性系数；物料填充系数，粉料=0.40.5；粉料堆积密度，；1）大螺旋直径的设计计算初定大螺旋给料量，物料综合特性系数，物料填充系数，粉料堆积密度，螺旋给料器水平布置时倾角，倾角系数。将以上数据带入公式5-2中得：圆整后取大螺旋直径。2）小螺旋直径的设计计算初定小螺旋给料量，将以上数据带入公式5-2中得：圆整后取小螺旋直径5.4.2螺距的设计计算螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。当输送量Q和直径D一定时，螺距应满足下列两个条件：即考虑螺旋面与物料的摩擦关系和速度各分量间的适当分布关系，以确定最合理的螺距尺寸。通常可按下式计算螺距： (5-3)对于标准的输送机，通常螺距为；当倾斜布置或者输送物料流动性较差时；当水平布置时，。在实际应用中，需要对不同物料和不同螺距进行大量实验后得到的数据进行合理的分析，才能得出较为理想的结果。此处由于输送物料为食盐，流动性较好，因此取，于是得到大螺旋螺距S=56mm。小螺旋螺距。5.4.3螺旋轴径的设计计算螺旋轴径的大小与螺距有关，此两者共同决定了螺旋叶片升角的大小，同时也就决定了物料的滑移方向和速度分布，所以应该从考虑螺旋面与物料的摩擦关系和速度各分量的适当分布来确定最合适的轴径与螺距的关系。螺旋轴径与螺距之间的对应关系应当是螺旋输送功能与结构的综合，在能够满足输送要求的前提下，应尽可能使机器的结构紧凑。因为螺旋输送机的填充系数较低，只需确保靠近叶片外侧的物料具有较大的轴向速度，且使其轴向速度大于圆周速度即可。此次设计的大、小螺杆由前轴段，后轴段，中间轴段和螺旋叶片组成。大、小螺杆结构如图5-1和图5-2所示，详细尺寸见二维图纸。由于这个设备输送的物料为食盐，而且输送量比较小，所以对轴的强度要求不是很高，为了节省材料以及尽量减轻设备的总重量，中间轴采用空心轴，同时也提高了轴的抗弯刚度，本设计采用的是无缝钢管。由于螺旋给料器应用在化工工业中，为了防止螺旋轴被腐蚀，选用不锈钢作为螺旋轴材料。对于中间轴径的计算，推荐的轴径计算公式为： (5-4)此处大螺杆中间轴径取，小螺杆中间轴径取。图5-1 大螺杆三维示意图图5-2小螺杆三维示意图5.4.4 螺旋轴转速的确定表5-1常用物料的参数物料的粒度物料的磨着性物料的典型例子推荐的填充系数特性系数综合系数粉状无磨着性半磨着性面粉、石墨、石灰纯碱0.350.400.041575粉状磨着性干炉粉、水泥、石膏粉、白粉0.250.300.056535粒状无磨着性半磨着性谷物、锯木屑、泥煤、颗粒状食盐0.250.350.049050粒状磨着性造型土、型砂、砂、成粒的炉渣0.250.300.060030小块a60mm无磨着性半磨着性煤、石灰石0.250.300.053740小块a60mm无磨着性半磨着性块煤、块状石灰0.200.250.060030中等及大块a60mm磨着性干粘土、硫矿石、焦炭0.1250.200.079515固状粘性、易结块含水的糖、淀粉质的团0.1250.200.07120螺旋轴的转速对给料量会产生较大的影响。通常螺旋轴转速越快，给料器的生产能力越强，而转速降低则会使给料器的给料能力下降。但在满足给料能力的前提下螺旋轴的转速也不宜过高，避免物料因离心力过大而向外抛，导致无法正常输送。根据实验，螺旋输送物料的极限转速可以由以下公式确定： (5-5) 式中：螺旋轴转速, ；物料综合特性系数，见表5-1,A取50。按上式计算得出的值得：。此处取。5.4.5螺旋给料器的料仓设计料仓整体采用焊接方式连接而成，具体结构如图5-3，详细尺寸见二维图纸(a) 料仓俯视图(b) 料仓侧视图图5-3 料仓三维示意图5.4.6螺旋给料器机筒以及机架的设计计算机筒与螺旋轴配合使用。加料口通过螺纹直接与料仓相连接。加料口设计成圆锥形，上底面直径为300mm，下底面直径略大于螺旋直径。初选机筒内径，大螺旋内径为71mm，小螺旋内径为21mm，料槽厚为5mm。机架选用的是以及的矩形钢，且机架采用的是焊接。根据选用的轴承来设计机筒两端，用以安装轴承盖。机筒以及机架结构如图5-4所示，详细尺寸见二维图纸。 图5-4机筒三维示意图5.4.7螺旋给料器的搅拌器设计搅拌器材料选用的是45钢，搅拌器与螺杆之间才用普通平键连接，与大螺杆之间选用的平键尺寸为，与小螺杆之间连接键的尺寸为，搅拌器轴端连接采用的是焊接。大搅拌器与轴连接键的尺寸为6x6x18, 小搅拌器与轴连接键的尺寸为5x5x18搅拌器的结构如图5-5和5-6所示 ，详细尺寸见二维图纸。图5-5 大搅拌器三维图图5-6 小搅拌器三维图第六章 驱动电机功率的计算螺旋给料器的驱动电机功率一般按照下式进行计算: (6-1)式中：电机功率，；螺旋给料器的给料能力，；螺旋给料器长度，；阻力系数，一般取1.54.0；传动效率，一般取0.350.57。1）大螺旋驱动电机的选择已知，此处取为3，为0.4。将以上数据带入公式5-6得：2）小螺旋驱动电机的选择已知，。将以上数据带入公式5-6得：考虑到密封对轴和轴承的摩擦，以及由于轴两端加工精度不同而造成的附加阻力，要适当的加大驱动电机的功率。在工程实际中，实际轴功率要比理论计算功率大34倍。综合考虑实际选用的电机功率为：大电机的功率为0.5KW；小电机的功率为0.05KW。第七章 称量斗的设计称量斗由传感器、卸料开关、气缸、支撑架以及称量斗本身组成，称量斗结构、称量斗卸料开关以及称量斗总体结构如图7.1传感器工作原理一次元件又称传感器，其上贴有应变片，当传感元件受压力变形时，贴在传感元件上的应变片随之产生相应的变形。贴在传感器上的应变片可以构成电桥，然后接入放大器和指示仪表，当传感元件变形时，应变片的电阻值随之改变，电桥失去平衡，产生一个微小的电压信号，并进行二次放大，从而将机械量变化转化为电信号，最后通过仪表反映出被称量的数值。7.2称量斗的主要技术参数自动定量秤技术参数，主要包括称量精度和小时称量能力这两种，这是评估称量斗称量水平的重要指标，同时也影响着这种秤的使用。7.3称量斗的称量流程为使以上两个技术参数符合设计要求，除称重系统设计的要合理以外，给料机构的结构与参数同样是极其重要的。在自动定量秤中，通常采用二次给料方式，即粗给料和细给料二次给料方式。称量程序一般是这样的:称量开始，首先以粗流量和细流量同时向称量斗给料。当给料量达到相应设定值时，粗给料停止，细给料仍继续进行，直至物料量达到目标重量时，细给料停止。然后卸料，同时对另外一个称量斗进行同样称量过程。这种给料方式因粗给料的流量大，可用较短的时间给入绝大部分定量值的物料，从而缩短整个称量时间。而定量值剩余部分的物料量因其量值很小，可用细给料方式继续给料。由于其流量小，其料柱质量的稳定性、均匀性都相对较好，因而称量误差相对容易控制。所以，在自动定量秤中，大都采用粗给料方式以确保称量的速度，同时以细给料方式来控制称量误差。称量程序如图 所示。图7-1 称量程序流程图第八章 其它装置的选用8.1轴承的选用轴承的布置形式的设计，主要应使受力合理，应尽量使数值很大的轴向力影响范围减少，最好是使该轴向力在为数不多的几个零件的范围内组成力的封闭系统。其次还要考虑轴承的安装、维修及润滑等条件。本课题螺杆进料端采用的是圆锥滚子轴承，通过轴承盖以及轴套安装定位。出料端选用带座圆锥滚子轴承，大螺旋轴承代号30204，小螺旋轴承代号为30203，两种轴承三维图如图8-1和图8-2所示。带座圆锥滚子轴承由圆锥滚子轴承和轴承座组成。具有一定的调心性，易于安装，可以在恶劣的环境下工作。轴承座一般是采用铸造成型。在使用时，不必另外设计轴承箱，结构简单，可直接在主机设计部位上用螺栓安装连接。轴承座为整体结构，承载能力大，刚性好，轴承与轴承座可以互换，即同一轴承可以选配各种类型的轴承座。圆锥滚子轴承具有良好的旋转精度，可方便地再润滑。游隙较相同尺寸的深沟球轴承大，因而温差对其精度影响较小。图8-1 代号30203的圆锥滚子轴承图8-2 代号30204的圆锥滚子轴承8.2防护与密封装置的选用在螺旋给料器的运行中，由于所处的工作环境的影响，可能会对螺旋给料器的外部设备有一定的损害，所以我们要对螺旋给料器进行一定的防护。在物料输送的过程中，物料不可避免的会冲出料槽。故在轴承座和密封压盖中都留有槽来填充旋转唇形密封圈和机械密封用形圈。唇形密封圈是一种具有自封作用的密封圈，它依靠唇部紧贴密封耦合件表面，阻塞泄漏通道而获得密封效果。具有低压时摩擦力小、少量磨损后可自动补偿、使用寿命长等特点。机械密封用形圈断面尺寸小，安装沟槽可设计为整体式沟槽；沟槽加工、密封圈安装容易，可双向密封。8.3联轴器的选用这里大螺杆与电机连接选用的是GYS2型凸缘联轴器，小螺杆与电机相连选用的是GY2型凸缘联轴器。8.4电机的选型根据计算得到的电机所需功率，分别对驱动大小螺旋的电机选型，由大螺杆所需功率为0.5kw，同时考虑到价格因素，选择型号为Y80M1-4的电机，小螺杆所需功率0.1kw，同样可以选择Y80M1-4型号电机。8.5称量斗气缸的选型根据称量斗卸料口的宽度选择行程为0-500mm的轻型拉杆式径向地脚型液压缸。如图8-3。图8-3 轻型拉杆式型液压缸8.6舵机的选型8.6.1选用舵机的目的舵机的作用在于控制处于螺旋末端的两个出料口的通断，当其中一个出料口处于开状态，另一个必须是关状态，而当给料量达到称量斗传感器的设置值时，通过舵机的旋转使开状态是下料口关闭，关状态的下料口打开，螺旋给料器像另一个称量斗给料，这样往复循环就可以使电机一直运转下去，提高螺旋给料器的生产能力。由于给料器不是在特殊工作环境下工作，因此选择普通型号的舵机即可。这里选择舵机型号为S3001。如图8-4图8-4 普通舵机8.7传感器的选型传感器的精度对于一个称量系统来说是非常重要的，但在满足使用要求的情况下，应该适当选择以降低生产成本。这里选用的传感器的称量精度要求在20g左右，最大称重量设置为1kg,即称量误差要小于2%,考虑到其他部分也会产生误差，因此对传感器的精度要求则需要更高，这里选择的是 传感器，其测量精度过大或小都会影称量过程，一般选择传感器的量程为目标称重值的1.2-1.3倍。这里选择型号为1A的微型称重传感器，其量程为0.5-3kg，准确度等级为0.02，其特点是安装方便，精度高。传感器外形如图8-5图8-5 传感器外形尺寸图8.8螺栓的选型这里连接给料器上部分料仓与下部分机桶选择的螺栓10xM20，轴承盖螺栓8xM8，轴承座螺栓8xM10，8xM6。气缸固定螺栓4xM11。第九章 螺旋给料器整体结构设计螺旋给料器是一种连续的物料输送器械，螺旋给料器除具备螺旋输送机的所有特点以外，还具同时具备给料均匀、精度高的优点，可广泛应用于物料流动性较差，而且给料精度要求高的场合，特别适合做为磨琢性小的粉状物料电子秤上的给料设备。本文设计的双螺旋给料器在确保给料量和给料速度的同时，为了提高螺旋给料器的给料精度，将给料器的两根螺旋轴直径设计成大小不同的值。螺旋给料器的整体结构如图9-1所示，详细尺寸见二维图纸。图9-1双螺旋给料器三维示意图第十章 系统误差分析对于某个系统来说，系统误差是系统各个部分的误差的叠加。本文设计的双螺旋给料器的误差是给料器系统各部分误差总量所组成，其中既包括在称量过程中产生的机械误差，又包括传感器响应时间所造成的误差。在充分的考虑到这些因素的影响以后，文章对系统的误差进行了讨论分析。10.1误差来源分析 对整个系统进行分析，其误差来源主要有两个:系统输送物料过程中所引起的误差和系统采集信号过程中所引起的误差。10.1.1物料输送引起的误差 物料的输送主要是靠传感器的实时检测，控制物料下料到称量斗，这里主要进行的是计量称重过程，其影响因素包括以下四个:1)螺杆出料口与称量斗对计量系统的影响 下料螺杆出料口弯角都采用圆角过渡，否则会使物料下料的冲力不均匀，影响传感器采集信号，进而影响对整个系统计量精度产生影响。2)物料输送稳定性物料在稳定输送的情况下，并假设其处于理想状态，那么物料对于系统产生的误差是一个常量。但现实情形中，物料本身的物理、化学性质和工作环境的变化，都会对计量系统的稳定性产生影响，并且在电机运行过程中，系统会发生振动，这些因素都会导致物料输送的不稳定。且很难运用机械的方法来提高其稳定性，只能通过软件的方法来降低其影响。3)空中余料 空中余料对称量的影响因素主要包括其自身的质量和冲量，要减小余料对系统产生的误差，必须在下料螺杆出料口舵机控制开关启动有一个提前的时间预留量，以减少其对整个系统精度的影响。空中余料就是在舵机控制开关关闭的瞬间，空中残余的并将要落入称量斗中的物料。这是影响称量精度的一个重要因素，在系统精确计算的情况下，必须对其进行物料补偿。即在物料将要达到目标值的时，提前一定的时间关闭舵机控制开关，以提高分装机的给料精度。(4)物料冲击在下料螺杆下料的过程中，由于本文所设计的给料器的功率较小且对目标物料称量量也比较小，因此物料本身的重力以及冲力对称量斗冲击作用可以忽略。10.1.2信号采集过程中的误差 该计量系统由称重传感器、信号处理电路、舵机控制开关、舵机、螺杆等部件组成的。要使系