毕业设计（论文）-淀粉螺旋输送机三维设计

淀粉螺旋输送机三维设计PAGE2PAGE1前言螺旋输送机，俗称绞龙，是一种常用的不具有挠性牵引构件的连续输送机械，由于它是以一刚性的螺旋体作为主要构件而实现物料输送的，所以也通常称它为具有刚性“牵引”构件的输送设备。它主要用于运送粉状和粒状等物料，螺旋输送机与其它输送设备相比，具有整机截面尺寸小、密封性能好、运行平稳可靠、可中间多点装料和卸料及操作安全、维修简便等优点。与带式输送机、刮板输送机等同样是现代化生产和物流运输不可缺少的起重机械运输设备之一。对于本设计的淀粉螺旋输送机是一种特定用途的螺旋输送机，由于其用于淀粉的输送，所以功率要小一些、结构更简单。从而对其结构进行了适当改进，使其更加适应淀粉输送过程中功率小、输送精度高等要求。螺旋输送机的发展，分为有轴螺旋输送机和无轴螺旋输送机两种形式的发展过程，有轴螺旋输送机由螺杆，U型斜槽，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。而无轴螺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。一般来讲，平常所指的螺旋输送机都指有轴式的螺旋输送机。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。螺旋输送机对于减轻繁重的体力劳动，提高劳动生产率，实现物料输送过程中的机械化和自动化，都具有重要现实意义。未来螺旋输送机发展方向和趋势是：大运量，高速度，长使用寿命；低能源消耗及降低能量消耗；智能化发展；空间可弯曲输送：组合复合化输送，向着小型化高效化发展。1概述1.1螺旋输送机工作原理螺旋输送机的工作原理是：旋转的螺旋叶片将物料向前推移而进行，使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。螺旋输送机旋转轴上焊的螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。螺旋输送机的螺旋轴在物料运动方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。实际上在输送过程中物料的颗粒运动由于受旋转螺旋的影响，并非是单纯的直线运动，而是一个空间运动。此文设计的淀粉螺旋输送机与普通的螺旋输送机的工作原理基本相同，不同的是淀粉螺旋输送机能够保证输送精度。采取的措施有：1）通过改变螺旋螺距的大小来改变其填充系数，随物料向前输送增加螺旋的螺距，物料在加料口处填满螺旋，当物料到达出料口时，逐渐变大的螺距使给料机料槽里的物料逐渐变薄，提高输料精度；2）在螺旋输送机的下料接口处增加堵头，当电机减速器停止运行即物料停止运输时，堵头在气缸的作用下向前移动，堵住下料接口防止多余的物料掉下，从而保证了物料的运输精度；3）在出料口增加了搅拌装置，将结块的物料破碎，防止向秤斗内掉进较大块的物料团，造成给料量超差，影响给料精度。1.2螺旋输送机的规格表示及分类1.2.1螺旋输送机的规格表示螺旋输送机的规格表示形式为：公称直径×公称长度－螺旋形式－驱动方式－轴衬材料如螺旋公称直径为550mm，公称长度为2.2m，全叶式螺旋，单端驱动，巴氏合金轴衬的系列螺旋输送机。则可用下列代号表示：GX550×2.2-B1－C1－M1如螺旋公称直径为550mm，公称长度为2.2m，全叶式螺旋，单端驱动，滑动悬挂轴承的，转速为50rpm的LS系列螺旋输送机。则可用下列代号表示：GX550×2.2×50－M21.31.2.2螺旋输送机的分类螺旋输送机从输送物料位移方向的角度划分，螺旋输送机分为水平式螺旋输送机和垂直式螺旋输送机两大类型。按输送链采用高强度塑料制作的螺旋输送机又称为食品螺旋输送机，螺旋提升机，主要适用于输送大件产品。如纸箱，周转箱，桶装水等。根据输送物料的特性要求和结构的不同，螺旋输送机有水平螺旋输送机、垂直螺旋输送机、可弯曲螺旋输送机、螺旋管（滚筒输送机）输送机。垂直螺旋输送机垂直螺旋输送机的螺旋体的转速比普通螺旋输送机的要高，加入的物料在离心力的作用下，与机壳间产生了摩擦力，该摩擦力阻止物料随螺旋叶片一起旋转并克服了物料下降的重力，从而实现了物料的垂直输送。该机输送量小，输送高度小，转速较高，能耗大。特别适宜输送流动性好的粉粒状物料,主要用于提升物料，提升高度一般不大于8米。水平螺旋输送机当物料加入固定的机槽内时，由于物料的重力及其与机槽间的摩擦力作用，堆积在机槽下部的物料不随螺旋体旋转，而只在旋转的螺旋叶片推动下向前移动，如同不旋转的螺母沿着转动的螺杆作平移运动一样，达到输送物料的目的。该机便于多点装料与卸料，输送过程中可同时完成混合、搅拌或冷却功能。对超载敏感，易堵塞；对物料有破碎损耗，水平螺旋输送机的结构简单，便于安装和维修以及故障处理。适用于水平或微倾斜（20º以下）连续均匀输送松散物料，工作环境温度为-20—+40℃，输送物料温度为-20—+80℃。其转速相对于垂直输送机要低，主要用于水平或小倾角输送物料，输送距离一般不大于70米。螺旋管（滚筒输送机）输送机螺旋管输送机是在圆筒形机壳内焊有连续的螺旋叶片，机壳与螺旋叶片一起转动。加入的物料由于离心力和摩擦力的作用随机壳一起转动并被提升后，在物料的重力作用下又沿螺旋面下滑，使物料随螺旋管一起旋转从而实现了物料的向前移动，如同不旋转的螺杆沿着转动的螺母作平移运动一样，达到输送物料的目的。该机能耗低，维修费用低；在端部进料时，能适应不均匀进料要求，可同时完成输送搅拌混合等各种工艺要求，物料进入过多时也不会产生卡阻现象；便于多点装料与卸料，可输送温度较高的物料。适宜于水平输送高温物料；对高温、供料不均匀、有防破碎要求、防污染要求的物料和需多点加卸料的工艺有较好的适应性。实践证明，在输送水泥熟料、干燥的石灰石、磷矿石、钛铁矿粉、煤和矿渣等物料时效果良好。由端部进料口加入的物料，其粒度不能大于1/4的螺旋直径；自中间进料口加料的物料，其粒度均不得大于30毫米。为保证筒体不产生变形，加料温度必须控制在300℃以下。该机在输送磨琢性大的物料时对叶片和料槽的磨损极为严重。本次所设计的螺旋输送机主要用与输送硅微粉其磨琢性很大所以不适宜采用螺旋管输送机。可弯曲螺旋输送机该机螺旋体心轴为可挠曲的，因此输送线路可根据需要按空间曲线布置。根据布置线路中水平及垂直（大倾角）段的长度比例不同，其工作原理按普通螺旋输送机或垂直螺旋输送机设计。用于输送线路需要按空间曲线任意布置，避免物料转载的场合；当机壳内进入过多的物料或有硬块物料时，螺旋体会自由浮起，不会产生卡堵现象；噪音小。主要用于同时完成物料的水平和垂直输送。垂直输送时一般要求转速要高不能低于1000r/min。1.3螺旋输送机的组成部分及特点1.3.1螺旋输送机的组成部分螺旋输送机一般由输送机本体、进出料口及驱动装置三大部分组成；螺旋输送机的螺旋叶片有实体螺旋面、带式螺旋面和叶片螺旋面三种形式，其中，叶片式螺旋面应用相对较少，主要用于输送粘度较大和可压缩性物料，这种螺旋面型，在完成输送作业过程中，同时具有并完成对物料的搅拌、混合等功能。各种螺旋输送机的组成部分基本相同，现以此文设计的淀粉螺旋输送机为例，示意如下：图1-1淀粉螺旋输送机结构示意图Fig.1-1Starchscrewconveyordiagram1.3.2螺旋输送机的特点优点：1)经济行比较好，结构简单，制造成本低，在相同的可比输送能力下，螺旋输送机比其他类型输送机的投资费用低；2)中间可多点装、卸料，同时在一个设备中通过左旋及右旋螺旋叶片可同时向两个方向输送物料；3)可以呈水平、垂直或倾斜输送4)输送过程中还可对物料进行搅拌、混合、加热和冷却等作业。正是因为螺旋输送机具有以上等优点螺旋机广泛应用于各行业，如建材、化工、电力、冶金、煤矿炭、粮食等行业。但是普通的螺旋输送机也具有以下缺点：1)不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的及大块的物料；2)输送长度受传动轴及连轴允许转矩大小的限制；3)输送精度具有一定的局限性等。1.4螺旋输送机的应用螺旋输送机广泛应用于化工、建材、粮油、饲料、食品、冶金、矿山、塑料、医药等行业的一种输送设备，它适用于颗粒或粉状物料的水平输送，倾斜输送，垂直输送等形式，其输送距离从2米到70米，规格从120－600型多种，材质有碳钢和不锈钢等。它适宜输送粉状、颗粒状、小块状物料,如水泥、煤粉、粮食、化肥、灰渣、沙子、焦炭等。不宜输送易变质、粘性大、易结块的物料，螺旋输送机工作环境温度通常为-20～40℃，输送物料的温度一般为-20～80℃。1.5螺旋输送机的发展及未来趋势螺旋运输机以其结构简单、工作可靠、造价比较低廉、对环境污染小的等特点，被广泛地应用于粮食、建材、化工等行业。六十年代GX型螺旋输送机（螺旋直径：Φ150mm~Φ600mm,六种规格）已广泛用于工业生产中，八十年代在GX机型的基础上，集合国外相应机型及标准修改设计LS系列机型（螺旋直径：Φ100mm~Φ250mm,十一种规格），广泛用于运输和散体颗粒的机械中。LS型和GX型相比较，具有驱动上机构紧凑和密封性好的特点。LS机型是新一代螺旋机的机型，90年代随着水泥工业蓬勃发展，先后有近万台非专业机械工厂生产LS型螺旋机为水泥行业生产服务。总的来说不论是国内还是国外，随着国际经济大环境的变化及现代工业技术水平的发展，对机械设备的精确性和稳定性的要求都在逐渐提高，输送机械也不例外，全世界都在为着高精度、高稳定性的输送机械而努力，朝着自动化、智能化、高效化发展，并且现在的输送机械耗能仍比普通机械高，在未来很长一段时间内降低能耗还将是我们努力的方向。2淀粉螺旋输送机的结构分析及设计2.1淀粉螺旋输送机理分析设螺旋为标准的等螺距、等直径、螺旋面升角A的单头螺旋。以距离螺旋轴线r处的物料颗粒M作为研究对象,进行运动分析如图2-1：图2-1螺旋面作用在物料颗粒上的力Figure2-1Onthematerialgrainspasta旋转螺旋面作用在物料颗粒M上的力为P,由于物料与叶片的摩擦关系,P力方向与螺旋面的法线方向偏离了角。角的大小由物料对螺旋面的摩擦角及螺旋面的表面粗糙程度决定,对于一般热压或用冷轧钢板拉制的螺旋面,可忽略其表面粗糙程度对角的影响,可认为。P力可分解为法向分力和径向分力。物料颗粒M在P力作用下,在料槽中进行着一个复合运动,即沿轴向移动,又沿径向旋转,如图2-2所示,既有轴向速度,又有圆周速度,其合速度为V。当螺旋体以角速度W绕轴回转时,若在螺旋叶片任一半径r的O点处有一物料颗粒M,则物料颗粒M的运动速度可由图2-2的速度三角形求解。叶片上O点的线速度,就是物料颗粒M牵连运动的速度,可用矢量表示,方向为沿O点回转的切线方向;物料颗粒M相对于螺旋面相对滑动的速度,平行于O点的螺旋线切线方向,可用矢量表示。当不考虑叶片摩擦时,则物料颗粒M绝对运动的速度应是螺旋面上O点的法线方向,可用矢量表示。由于物料与叶片有摩擦,物料颗粒M自O点的运动速度V的方向应与法线偏转)摩擦角。现对V进行分解,则可得到物料颗粒自O点移动的轴向速度和圆周速度。因此,就是料槽中物料的输送方向,而则是对物料输送的阻滞和干扰。图2-2物料运动速度Figure2-2Materialmovementspeed根据物料颗粒M运动速度图的分析,物料轴向移动的速度为:由于而（2-1）由于所以（2-10)式又可写成：（2-2）同理可得：（2-3）式中：S—螺旋螺距mm；n—螺旋转速r/min；f—物料与叶片间的摩察系数，，为叶片与物料的摩擦角；—螺旋面升角。据此,可得出物料在料槽内轴向移动速度V1和圆周速度V2随半径r而变化的曲线图2-3。图2-3螺距一定时V1、V2变化曲线Figure2-3V1,V2changeswhenacertainpitchcurve由图2-3可见,在半径长度范围内是变化的,因此,物料在螺旋内的移动过程中要产生相对滑动。靠近螺旋轴的物料的比外层的大,而却比外层的要小；反之,靠近螺旋外侧的物料大、小。这将使内层物料较容易随螺旋轴转动,因而产生一个附加的物料流。螺旋在一定的转数之前,这种附加的物料流对物料运动的影响并不显著。但是,当超过一定的转数时,物料就会产生垂直于输送方向的跳跃的翻滚,起搅拌而不起轴向的推进作用。这不仅会降低物料的输送效率,加速设备构件的磨损,而且会增大螺旋功率的消耗。因此,为了避免这种现象的产生,螺旋的转数不得超过它的临界转速。当位于螺旋外径处的物料颗粒不产生垂直于输送方向的径向运动时,则它所受惯性离心力的最大值与其自身重力之间应有如下关系:即：（2-4）式中：K—物料的综合系数；D—螺旋直径,mm；g—重力加速度,m/；—螺旋的最大速度，即临界速度,r/min。令，则式2-4可转化为常见的经验公式：r/min（2-5）式中A—物料的综合特性系数。螺旋输送机的螺旋转速应根据物料输送量、螺旋直径和物料的特性而定,在满足输送量要求的前提下,螺旋转速不宜过高,更不允许超过它的临界转速,即:（2-6）式中n—螺旋的实际转速,r/min。根据物料在料槽中的运动分析,可看出,要使物料在料槽中输送,物料在螺旋面上的轴向速度>0,即,因为处的最大(d为螺旋轴的直径),最小,所以(为螺旋的内升角)。同时螺旋的转速不能超过临界转速。2.2主要零部件的选择及结构设计2.2.1螺旋叶片⑴螺旋叶片的种类螺旋给料机的螺旋叶片有满面式、带式、月牙式和橹浆式四种形式见图2-4。满面式：适用于输送散落性好，干燥的粒状物和粉状物。其推力大、速度快、输送量高，应用广泛；带式：适用于输送稍有粘性或易粘结成块的物料。月牙式和橹浆式宜输送水分偏高，易粘结挤压在一起的物料。本设计中根据输送物料的特点选用满面式螺旋叶片。⑵螺旋叶片的旋向螺旋给料器的螺旋叶片有左旋与右旋两种旋向，决定螺旋旋向的方法参见图2-5。图2-4叶片形式(a)满面式(b)带式(c)月牙式（d）橹浆式Figure2-4Leafform（a）Fullhelicoidtype（b）Bandhelicoidtype（c）Crescenttype(d)HWJtype图2-5螺旋旋向图Figure2-5Screwdirection⑶螺旋叶片的成型方法除少数螺旋是采用整体或分段铸造的结构外，绝大多数螺旋是采用焊接结构形式，即将成型后的叶片组焊在转轴上构成螺旋。本设计所研究的螺旋叶片就是指后一种。由于对叶片使用要求的不断提高，随着科学技术的发展，现在已有的多种螺旋叶片成形工艺也在不断地发展。根据叶片的作用性能，批量的大小和已有的生产条件，可以确定经济合理的成形工艺。螺旋叶片的成形工艺分类如下所示：螺旋叶片的成形工艺方法一：单片成形工艺单片成型所用的毛胚有两种形状：带缺口的叶片毛坯、开缝叶片毛坯。叶片毛坯是板料经过落料冲孔，最后经切口或切缝而制成。其中带缺口的毛坯用于成形恰为一个螺距的螺旋叶片。开缝整环坯料可以成形出多于一个螺距的螺旋叶片。这种叶片能充分利用材料，还能减少工作螺旋中叶片间的焊缝，且使各螺旋叶片的接头相互错开不在同一轴向平面内，从而使螺旋输送设备工作更为平稳。①单片拉形法先将毛坯的一端套入芯轴，再用压板和夹紧斜楔固定，毛坯的另一端用牵引设备（如行车，葫芦等）来牵引，同时用手捶不断敲打毛坯的边缘，使毛坯在变形过程中能很好地与芯轴吻合，并边拉边校。这种工艺的优点是模具结构简单，采用一般动力装置。缺点是毛坯变形不均匀、叶片质量差、校正工作量大、生产效率低、材料利用率低、对大尺寸和大螺旋的叶片成形困难。一般只适用于单件小批量生产，目前采用较少。另外，还可以通过一定的装置，在机械压力机或液压机上成形。将毛坯套入套筒，然后将夹紧块套入圆柱销，并用内六角螺钉把套入夹紧槽的毛坯顶紧。芯轴在压力机上滑块的作用下压缩弹簧，并通过圆柱销带动夹紧快将毛坯向下拉，同时沿着套筒上的滑槽做预订的移动。当达到预订的行程后，松开螺钉，退出夹紧块，撤去压力，去除叶片，即完成成形。这种方法适用于大批量生产，模具表较简单，经久耐用，而且成形率较高，但操作麻烦。②手工仿形法将毛坯加热后拉开一段距离，然后放在手工仿形模上。毛坯的一端用卡板固定好后，用手工反复敲打煨弯，使坯料沿着仿形毛坯的螺旋面逐渐贴合制成叶片。这种工艺的模具结构简单，便于制造。但所形成的叶片表面质量差，生产率低，只适合单间试制产品，目前较少采用。③模具压形法模压时的操作顺序为：将毛坯加热初拉后放在模上，开动压机（一般采用液压机）。当上莫的突出部分低于下模块的突出部分后停机，用手柄转动上模，然后继续使上下模压至闭合位置。按相反顺序退出上模，叶片即模压完成。方法二：连续成形工艺连续成形工艺所用毛坯是条料或带料。①组合拉形法将带有开缝的环状毛坯逐个拉开，再把若干片逐个焊在一起穿在芯轴上。相对单片拉形来说改善了变形不均匀的缺点。这种工艺可以制造普通的叶片，也可以制造在同一螺旋轴上螺距变化或叶片大小变化的特殊叶片。这种工艺适合于小批量生产，但叶片质量差，材料利用率低。此外，该工艺模具简单，不需要大型设备或专用机床，生产周期短、成本低。本设计中选用这种叶片成形方法。②卷绕成形法将条料或带料经切角和预弯后，在专用机床或车床上通过一对卷辊连续卷绕成叶片。毛坯在冷态下卷绕，所以坯料的变形量受到一定限制，要求采用塑性好的08或08F低碳钢材料。当叶片宽度较大内径较小时，叶片外缘产生裂纹，而叶片内缘容易起皱。该工艺的生产效率高，叶片质量较好，劳动强度低。但卷辊制造困难，加工成本高，周期长，对不同规格的叶片需加工相应尺寸的卷辊，故一般只适用于成批或大批量生产中小尺寸的叶片。2.2.2螺杆的结构设计如图2-6所示，螺杆轴采用实心轴和空心轴焊接连接的方式，在保证了轴的强度下，使其重量减轻、节省了材料。而在其尾部焊接四个交错的钢柱，可以将结块的物料破碎，使物料均匀下降。螺旋结构分为两段：一段是大于正常螺距的等距螺旋，还有一段就是正常螺距的等距螺旋。由螺旋给料机的工作原理可知，这种结构并不影响输送能力，而且它的变螺距结构能防止物料被压实和防止冲料，从而提高给料精度。图2-6螺杆的三维图Figure2-6Screw3dfigure2.2.3螺旋输送机输料槽的结构设计输送机筒体，一般为槽形，故又称为料槽，它是输送机的盛料部分。料槽圆的内径大于螺旋叶片直径，形成约4～8mm间隙。料槽是用2～6毫米薄板制成。为了加强输料槽的强度，在筒体两侧分别焊接加强板。在本结构中，初步设定输料槽筒体与螺旋的间隙为5mm。本设计中的输料槽筒体是一个焊接件，它主要分为8部分：法兰、固定板、进料口、固定法兰、活动法兰、加强版、筒体、出料口法兰。如图2-7所示。图2-7输料槽的三维图Figure2-7Transportingchannelofthethree-dimensionalfigure2.2.4电机座随着工业技术的发展，电动机被广泛得用于各个方面，电机的机座对于整个电机的工作性能及可靠性能，也起着至关重要的作用。机座的重要作用在于支撑电机重量，并为电机的可靠固定提供保障。而电机座上端的油孔用于润滑。因此，我们在电机座上开了密封槽，配合密封垫，使轴的密封更具严密性。其结构如图2-8所示。2.2.5堵头如图2-9所示，堵头由硅橡胶的堵板与压板线连接，而尾部的螺纹孔与气缸相连接，用于堵头的前后运动。堵头的作用是当电机减速机停止运动即物料停止输送时，堵头在气缸的作用下向前移动，堵住下料接口防止多余的物料掉下，从而保证了物料输送的精度。图2-8电机座的三维图Figure2-8Motorathree-dimensionalfigure图2-9堵头的二维图Figure2-9Plug2dfigure2.3淀粉螺旋输送机各参数的选择(1)螺旋轴的转速螺旋轴的转速对输送量有较大影响。一般说来，螺旋轴转速加快，输送机的生产能力提高，转速过小则使输送机的输送量下降。但转速也不宜过高，因为当转速超过一定极限值时，物料会因为离心力过大而向外抛，以致无法输送。所以还需要对转速n进行一定的限定，不能超过某一极限值。当位于螺旋外经处的物料颗粒不产生垂直于输送方向的径向运动时，则它所受惯性离心力的最大值预期自身重力之间有如下关系：（2-7）即（2-8）考虑到不同的输送物料的影响则：（2-9）式中：K—物料的综合系数(见表2-1)；.g—重力加速度，m∙s-2；D—螺旋叶片直径，m；n—螺旋的最大转速，即临界转速,r/min。令则式（2-9）可转化为常见的经验公式：（2-10）式中A—物料的综合特性系数。见表2-2因此，螺旋输送机的螺旋转速应根据物料输送量、螺旋直径和物料的特性而定，在满足输送量要求的前提下，螺旋转速不宜过高，更不允许超过他的临界转速，即：式中：n—螺旋的实际转速,r/min。本设计中n=120r/min由已知数据代入式2-10可算得n=248.26r/min>>n(2)螺旋叶片直径螺旋叶片直径是螺旋输送机的重要参数，直接关系到输送机的生产量和结构尺寸。一般根据螺旋输送机的生产能力、输送物料类型、结构和布置形式确定螺旋叶片直径。设S=KD,K为螺旋螺距与直径的比例系数，一般取K=0.8则可得叶片直径的计算式为：令则（2-11）式中：K—物料综合特性系数。物料综合特性系数为经验值。一般说来，根据物料性质，可将物料分为4类。第1类为流动性好、较轻且无磨琢性的物料；第2类为无磨琢性但流动性较第1种差的物料；第3类为粒度尺寸及流动性同第2类接近，但磨琢性较大的物料；第4类为流动性差且磨琢强烈的物料。螺旋叶片的直径通常制成标准系列，D=100,120,150,200,250,300,400,500和600mm，目前发展到D=1000mm，最大可达1250mm。根据式2-5计算出的D值尽量圆整成标准直径。本设计中，螺旋直径已知，D=120mm表2-1物料综合特性系数Tab2-1Materialparameter物料的块度物料的磨琢性举例填充系数K值A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0.20~0.350.063528块状无磨琢性豆粕化肥0.30~0.350.058436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0.50~0.550.065428(3)螺距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，所以螺距的大小直界影响着物料输送过程。输送量Q和直径D一定时，螺距改变，物料运动的滑移面随着改变，这将导致物料运动速度分布的变化。通常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以及速度各分量间的适当分布关系两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。通常可按下式计算螺距：S=KD，水平布置时，K=0.8～1.0。根据实际情况本设计中选得标准螺距S=110mm。(4)螺旋轴直径螺旋轴直径的大小与螺距有关，因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也决定了物料的滑移方向及速度分布，所以应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量的适当分布来确定最合理的轴经与螺距之间的关系。一般轴经的计算公式为：d=(0.2~0.35)D本设计中，螺旋直径D=120,由公式初取d=40，考虑到实际输送情况取得稍大一些。后面将对轴进行弯扭及刚度校核。(5)填充系数物料在料槽中的填充系数对物料的输送和能量的消耗有很大影响。当填充系数较小时，物料堆积高度较低，大部分物料靠近螺旋外侧，因而具有较高轴向速度和较低的圆周速度，物料在输送方向上的运动要比圆周方向上显著的多，运动的滑移面几乎平行于输送方向，这时垂直于输送方向的附加物料流减弱，能量消耗降低；相反，当填充系数较高时，物料运动的滑移面很陡，其在圆周方向的运动将比输送方向的运动强，这将导致输送速度的降低和附加能量的消耗。因而，填充系数适当取小值较有利，一般取<50﹪。此外，倾斜角度的大小对填充系数也有一定影响。各种物料的填充系数可参考表2-2。表2-2倾斜输送系数Tab2-2Conveyinganglecoefficient倾斜角度051015203040506070倾斜输送系数10.970.940.920.880.820.760.700.640.58填充系数0.50.460.460.420.380.360.350.350.350.32(6)倾斜角度螺旋输送机的倾斜角度对于螺旋输送机输送过程的生产率和功率消耗都有影响，一般它是以一个影响系数的形式来体现的，倾斜输送系数见表2-2。螺旋输送机输送能力将随着倾斜角度的增加而迅速降低的，同时，螺旋输送机布置时倾斜角度也将影响物料的输送效果。另外倾斜角度越大，允许的填充系数越小，螺旋输送机的输送能力越低。因此，在满足使用条件的前提下，螺旋输送机尽量避免倾斜布置，而最好采用水平布置；若工艺需要采用倾斜布置，为了提高输送效率，倾斜角度也不宜太大，一般倾斜角度。若一级不能满足要求，可采用多级倾斜布置，以减少损耗。本设计中就是常采用的水平布置。(7)传动功率螺旋输送机的驱动功率，是用于克服在物料输送过程中的各种阻力所消耗的能量，主要包括以下几个部分：①使被运物料提升高度H(水平或倾斜)所需的能量；②被运物料对曹壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗；③物料内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗；④物料沿料槽运动造成在止推轴承处的摩擦引起的能量消耗；⑤中间轴承和末端轴承处的摩擦引起的能量消耗。为了简便起见，螺旋输送机总的轴功率P包括物料运行需要功率P1,空载运转所需功率P2，以及由于倾斜引起的附加功率P3三个部分。对于连续运行系统中的螺旋输送机，由于整个系统连续作业，且自动化程度高，任何一个部位发生故障都会影响整个系统的正常运转。因此，这种场合使用的给料机应有较大的功率储备。3淀粉螺旋输送机的计算及校核3.1淀粉螺旋输送机输送能力及所需轴功率的计算3.1.1输送能力的计算输送量是衡量螺旋输送机生产能力的一个重要指标，一般根据生产需要给定，但它与其他参数密切相关。螺旋输送机输送能力Q可用下列式计算：（3-1)式中：D—螺旋直径，m；d—螺杆轴直径，m；n—螺旋轴转速，r/min；ρ—物料堆积密度，t/m3；S—螺距，m。螺杆的结构尺寸如图3-1所示，由已知得螺旋直径D=0.12m；螺杆轴直径d=0.04m；螺旋轴转速n=120r/min；初始螺距S=0.11m；物料堆积密度t/m3将上述数据代入式3-1得=6.366t/h图3-1螺杆Figure3-1Screw3.1.2所需轴功率的计算本设计中选用的减速电机是GS系列斜齿轮减速电机。之所以选用GS系列减速电机是因为此系列电机较其他电机具有以下优点。高度模块化设计：此系列减速电机以方便地配用各种型式的电动机或采用其它动力输入。同种机型可配用多功率点动机，容易穿刺各种机型组合链接。传送比：划分细，范围广。组合机型可以形成很大的传动比，即输出极低的转速。安装形式：安装位置不受限制。使用寿命长：在正确选型（包括选用适当的使用系数）和正常使用维护条件下，减速机（除易损件外）的主要零部件寿命一般不低于20000小时。易损件包括润滑油、油封以及轴承。噪声低：减速机主要零部件都经过精密加工，并通过精心组装和测试因而减速机噪声较低。强度高、体积小：箱体采用高强度铸铁。齿轮及齿轮轴采用气体渗碳淬火精磨工艺，因而单位体积承载能力高。效率高：单要性效率不低于95%，可承受较大的径向载荷，可承受不大于径向力10%的轴向载荷。此减速电机适合在环境温度10℃到40℃条件下运行，海拔高度可达1000米。可用于正反转，无行业限制。在水平安装情况下，当质量为m的物料在壳体内被螺旋叶片推送向前运动时，壳体对淀粉施加一摩擦力。摩擦力的大小为mgf。螺旋叶片必须给物料施加大小相同，方向相反的力来克服这一摩擦力，物料才能向前推进。螺旋叶片旋转一周时，物料向前推进了一个螺距t的距离。就是是说，物料相对于螺旋叶片来说，在螺旋叶片上行走了距离，单圈螺旋叶片转动一周所做的功为：（3-2)式中：W—单圈螺旋叶片转动一周所做的功，J；F—使物料前进的推力，N；S—物料在螺旋叶片上行走的距离，m；m—被输送物料的质量，kg；g—重力加速度，9.81m·s-2；1、f2—物料分别对壳体和叶片的摩擦系数；—螺旋升角，°；t—螺旋节距，m。因此，M圈螺旋叶片每分钟转动的n圈所需功率N为：=WMn/60=mgnL(/60(3-3)式中；L—螺旋输送器的长度，m；L=Mt。假设螺旋输送器输送量为(t/h),则每转输送物料的质量为：m=50/3n(3-4)于是=QL(/367(3-5)式中，P—螺旋输送器推动物料所需功率，kW；Q—输送能力，t/h。螺旋升角为：式中：S—螺距，m；D—螺旋体大径，m；d—螺旋体小径，m。将S=0.11m，D=0.12m，d=0.04m代入上式得在本设计中采用淀粉的内摩擦系数代替1、f2。内摩擦系数f（为休止角）。淀粉的休止角为45°～55°。因此f可取1～1.43，本设计中取淀粉休止角为50°。螺旋输送机螺旋的长度L=1.26m；将数据代入式3-5得3.2电机功率计算与校核在实际的生产过程中，由于螺旋不同心、密封处摩擦阻力以及物料起团堵塞等都会导致螺旋轴上的功率远大于理论计算功率，一般可达3~4倍[7]。此处为安全取4倍进行校核。电动机的功率P为：其中，—功率备用系数，此处取=1.5；n—安全系数，取n=2；η—驱动装置总效率，一般取0.85~0.9之间所以驱动电机的理论功率为：故驱动电机实际所需功率：原始数据中给出的驱动功率符合要求。3.3螺旋轴弯扭校核本设计中通过单螺旋轴的结构设计，轴的主要结构尺寸，轴上零件的位置，以及外载荷和支反力的作用位置已均确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。螺旋轴直径d＝40mm；长度=1438mm；螺旋所用材料的许用应力＝137MPa；螺旋转速n=120r/min；驱动电机功率为P=1.5kW；传动效率=0.85。由螺旋轴上的零件位置及支反力的作用位置可将左螺旋轴简化为悬臂梁。先对轴进行受力分析。受力图见图3-3（3-6）式中，m为螺旋叶片的总质量。要求得螺旋叶片的总质量，需要知道螺旋叶片的下料。螺旋叶片的下料计算：螺旋输送机叶片的螺旋轴为直径d=40mm,螺旋叶片导程S=110mm,叶片宽度B=40mm。根据图3-2所示的螺旋叶片下料计算的原理图,计算叶片下料的数据:(1)内螺旋线投影长(2)外螺旋线投影长(3)内螺旋线实际长度(4)外螺旋线实际长度(5)螺旋叶片展开料内孔的理论直径首先,计算内螺旋线展开半径图3-2螺旋叶片下料计算原理图Figure3-2Spiralbladecuttingcalculationprinciplediagram考虑到叶片拉伸过程中板厚方向有所倾斜,造成内孔微量变小,但对于直径影响较小,故取内孔加工后直径为φ60mm,气割下料时按此值单边再考虑2mm加工余量,即内孔直径的下料尺寸为φ64mm。内孔采用机械加工,保证内壁光滑,便于叶片在螺旋轴上拉伸成型时光滑无卡阻。(6)螺旋叶片展开料外圆的理论直径首先计算外螺旋线的展开半径由于在后期需要整体加工叶片外圆,叶片在下料时应留有加工余量,所以外径加大至φ144mm。所以，式中，所用材料的密度，螺旋叶片厚度b=3mm，代入上式得则弯矩图3-3螺旋轴弯矩扭矩图Figure3-3Screwaxisbendingtorquefigure螺旋轴所受的扭矩为：（3-7）将数据代入上式得危险截面的抗弯截面模量为：W=（3-8）式中，W—抗弯截面模量，mm3；d—危险截面处的轴径,mm；代入数据得：由第三强度理论得左螺旋危险截面处在扭转和弯曲组合变形下的强度条件为：（3-9）代入数据得MPa<137MPa因此螺旋轴强度合格。3.4螺旋轴的挠度计算由螺旋轴上零件的安装位置及支反力的位置可将主轴简化为如下悬臂梁:图3-4主轴受力简化图Fig.3-4Simplifyingforcediagramofmainshaft已知螺旋轴内径d=40mm；总长度=1438mm；镍刚的弹性模量为E=206GPa；所受载荷q=41.56N/m。上述受力状况下挠曲线方程为：（3-10）式中I为极惯性矩且（3-11）将数据代入式（3-11）得I=1.26m由式(3-10)可知当时挠度最大，即由于小于输料槽筒体与螺旋的间隙，螺旋轴的挠度满足要求。3.5键的选用和强度校核键链接是通过键实现轴上零件间的周向固定以传递运动和转矩。其中，有些类型还可实现轴向固定和传递轴向力，有些类型的键还能实现轴向动联接。3.5.1键的选用键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。本设计中螺杆的键用在轴端与毂类零件联接，且工作中无轴向力，故选用结构简单、拆装方便、对中性好的普通平键，且进一步选为圆头普通平键（A型）。键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽b键高h表示）与长度L。键的截面尺寸b×h按轴的直径d由标准中选定。键的长度L一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮毂的长度。本设计中，螺旋轴端的直径为d=40mm，由此及标准可选螺旋轴上的键的截面尺寸为10×8，根据轮毂宽度选L=70mm（GB/T1095-1979）如图（3-5）。3.5.2键的强度计算对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键联接（静联接），其主要失效形式是工作面被压溃。除非严重过载，一般不会出现键的剪断。因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为：（3-12）图3-5圆头型普通平键Figure3-5Roundheadtypeordinaryflatkey式中：T—传递的转矩，N·m；—键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，此处h为键的高度，mm；—键的工作长度，mm，圆头平键=L-b，平头平键=L，这里L为键的公称长度，b为键的宽度，mm；d—轴的直径，mm；—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa。已知=130MPa，T=101.46N·m，=L-b=70-10=18mm，k=0.5h=4mm，d=40mm，则此键的强度条件为由计算知此键强度合格。4淀粉螺旋输送机的安装与调试4.1螺旋输送机的布置与结构1）螺旋输送机由螺旋机本体、进出料口及驱动装置三大部分组成。2）在总体布置时还应注意不要使支撑底座或出料口布置在机壳接