【正文】 1 第一章 概論 螺旋輸送機的研究背景與意義 螺旋輸送機是現(xiàn)代化生產(chǎn)不可缺少的重要機械設(shè)備之一。廣泛應(yīng)用于糧食工業(yè)、建筑材料工業(yè)、機械制造業(yè)、交通運輸業(yè)等國民經(jīng)濟各部門中。 螺旋輸送機在農(nóng)業(yè)機械上運用很廣：作為輸送部件或作攪拌、擠壓、揉碎等工序的工作部件；作為固定式或移動式的獨立輸送機具，在打谷場、谷物糧食和飼料倉庫、畜舍等用來運送松散物料 [1]。 螺旋輸送機對于減輕繁重的體力勞動，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn) 高度 機械化，都具有重要的現(xiàn)實意義 [2]。 螺旋輸送機的特點 螺旋輸送機具有如下特點： （ 1） 機器構(gòu)件簡單，工作原理為單純的 機械運動。 （ 2） 機器工作性能穩(wěn)定，不易產(chǎn)生故障，即使出現(xiàn)故障，維修也較簡便。 （ 3） 機器靈活性較高，適應(yīng)多種不同的工作環(huán)境。 （ 4） 機器可以適應(yīng)密封性能好、運行平穩(wěn)可靠、操作安全等要求。 （ 5） 輸送物料方便。只需把物料放入進料口。 （ 6） 輸送方向可逆向。只需改變螺旋軸的旋轉(zhuǎn)方向即可實現(xiàn)雙向運輸。 （ 7） 螺旋葉片和料槽在工作過程中由于物料的作用易于磨損而影響機器整體使用壽命。 （ 8） 機器運輸作物，不存在物料對機器的腐蝕作用而影響機器的整體使用壽命。 綜上所述，螺旋輸送機 機動性優(yōu)良、制造成本低廉，容易被小農(nóng)經(jīng)濟接受。 國內(nèi)外關(guān)于螺旋輸送機的 研究現(xiàn)狀 螺旋輸送機是一種常見的不具有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機，現(xiàn)在已經(jīng)成為合理組織成批生產(chǎn)和機械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)和機械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一 [3]。在我國現(xiàn)代化的發(fā)展和各工業(yè)部門機械 2 化水平、勞動生產(chǎn)率提高中，螺旋輸送機將發(fā)揮更大的作用。但是其輸送效率卻比較低，現(xiàn)在對于螺旋輸送機存在的輸送效率問題，越來越來受到各界的重視，而且國外也有了很多的研究成果。在國內(nèi)的研究成果相對于國外來比較，研究成功還比較少，還不是很先進 [4]。 3 第二章 螺旋輸送機工作過程分析 螺旋輸送機的一般結(jié)構(gòu) 如圖 21 所示為螺旋輸送機的裝配圖。驅(qū)動裝置包括電機、變速器和聯(lián)軸器。電機由工作要求來確定相關(guān)電機參數(shù)繼而確定其型號。變速器通過定傳動比確定型號。 頭部和尾部主體部分基本相同，都有螺旋體和機槽。不同的地方是：頭部有前軸、首端軸承，機器外殼上設(shè)計了卸料口；尾部有尾軸、尾部軸承，機器外殼上設(shè)計有進料口。 物料由進料口進入螺旋輸送機，沿軸向運動從卸料口排出。 圖 21 螺旋輸送機的結(jié)構(gòu) 物料 的運動分析和葉片的設(shè)計 物料的運動分析 機器的螺旋體將物料不斷向前推進而進行物料輸送， 物料受自身重力和與機器內(nèi)槽壁的相互摩擦力保證了物料持續(xù)向前推進。機器工作時，螺旋體葉片推動物料的力可分解為軸向和徑向，其中徑向分力使物料有繞軸轉(zhuǎn)動的趨勢。而與此同時物料本身的重力有阻止物料向上旋轉(zhuǎn)的趨勢，并且由于內(nèi)壁對物料的摩擦力 4 也阻礙物料的徑向運動。若機殼內(nèi)壁對物料的摩擦力和物料自重一起克服了螺旋葉片推動物料的法向分力，同時螺旋體葉片推動物料的力的軸向分量克服了機殼內(nèi)壁對物料的摩擦力，則所輸送的物料只能軸向移 動 [5]。 設(shè)螺旋升角為α，螺旋線在展開狀態(tài)時可視為一條斜直線。則旋轉(zhuǎn)螺旋面作用于半徑為 r 處的物料顆粒 A 上的力為 P 合 。考慮摩擦力的存在， P 合 的方向與螺旋線的法向方向并不重合，而是產(chǎn)生φ角夾角。再將此力十字分解為與葉面相切的 P 切 和與葉面垂直的 P 法 ，如圖 22 所示。 圖 22 螺旋面作用于物料顆粒上的力 圖 23 物料運動速度的分解 為了便于分析輸送物料的受力特性，假設(shè)其中 A 為一物料顆粒，則 A 因為受到力 P 合 而在機器中運動， 圖 23 為 A 運動的分析。即 A 的合成速度為 v 合 分解為圓周速度 v 側(cè) 和軸向速度 v 軸 。 假設(shè)電機帶動螺旋體以 n 為轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。分析 A 的運動狀態(tài)，由圖中 ABC圖形可得 ?? s inc o s ABV ?合 （ 21） 因為 5 602 rnAB ?? （ 22） 所以 ???? cossin602 ?? nV合 （ 33） 圓周速度為 ? ? ? ?? ??????? c os s i ns i n602s i n ????? nVV 合圓 （ 23） 以摩擦系數(shù) μ=tan ρ 代入上式，得到圓周速度 ? ??????? c oss ins in602 ?? nV 圓 （ 24） 綜上，可得物料顆粒的圓周速度計算公式 122602?????????rsrssnV???圓 （ 25） 式中 ： s—— 螺旋的螺距 (m) n—— 螺旋的轉(zhuǎn)速 (r/min) r—— 物料顆粒離軸線的半徑 (m) μ 面 —— 物料與螺旋面的摩擦系數(shù)（其中μ 面 =tanρ） 把上式對 r 求導(dǎo)，然后使對 r 的倒數(shù)為 0，當(dāng)在 v 圓 值最大時， r 值為 sr ??? 21 2面面 ??? （ 26） 根據(jù)圖 23 可得，物料顆粒根據(jù)上述速度分解，則軸向速度為： 122160 2 ?????????rsrssnV??? 面軸 （ 27） 圖 24 中的橫軸表示的是半徑大小，縱軸表示的是速度，圖中的曲線表明隨著輸送物料距離螺旋軸的距離變化，輸送物料的速度 v 圓 和 v 軸 也跟隨著變化。且 6 螺旋體的螺距不同曲線的形狀也會有變化。圖中在直線 Om 以右的半徑 r 值的輸送物料，輸送物料的圓周速度 v 圓 會根據(jù)半徑的改變而不同，即使在一定的半徑范圍內(nèi)也并不是恒定的。因此，機器在輸送物料的過程中，由于物料間的速度大小及方向都不同，因而產(chǎn)生相對滑動。機槽中輸送的物料，物料距離螺旋軸越遠物料的圓周速度越小，而物料 距離螺旋軸越遠物料的軸向輸送速度越大。內(nèi)層的物料圓周速度大軸向速度小，這就導(dǎo)致輸送物料過程中內(nèi)層的物料繞軸速度更快，在物料運動的過程中部分物料跨過螺旋軸掉入下一個螺距中，這種物料輸送現(xiàn)象叫做附加料流。附加料流的存在不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，降低了機器的輸送效率，增加了輸送成本，損耗更多的能量 [6]。 圖 24 速度隨半徑變化曲線 為了有效解決上述問題帶來的不良影響，如圖 25 葉片形式。這種螺旋體葉片形式能有效的減少附加料流帶來的不良影響。葉片與螺旋軸連接的地方并不是垂直連接，有升角為正α，而葉片外側(cè)有升角負(fù)α， 如此的設(shè)計有效的把內(nèi)層的輸送物料向葉片外側(cè)推送，與此同時外緣的物料有向內(nèi)側(cè)移動的趨勢，同時也降低了機槽內(nèi)壁對輸送物料的摩擦力，從而減少了附加料流。有效避免了附加料流降低了機器的輸送效率，增加了輸送成本，損耗更多的能量的弊端。 機器輸送物料時，物料受自身重力、螺旋體葉片的作用力以及機槽內(nèi)壁對物料的摩擦力的綜合作用，物料面并不是以水平形式存在的，物料面與水平面會形成一定的夾角，這個夾角稱為倒塌角（記為φ d）。如圖 26 所示，當(dāng)物料轉(zhuǎn)角超過倒塌角時表面的物料由于受力不平衡而向下滑落，然后下層物料逐漸上移，而 7 重復(fù)向 下滑落。在物料向下滑落的過程中部分物料跨過螺旋軸掉入下一個螺距中，從而產(chǎn)生附加料流，降低了機器的輸送效率，增加了輸送成本，損耗更多的能量。綜上所述，為保證機器為高效的工作運轉(zhuǎn)而需控制物料面的轉(zhuǎn)角，即 ??? ?? d （ 28） 式中：φ 0 —— 物料的內(nèi)摩擦角（186。） φ d —— 物料面的倒塌角（186。） φ —— 物料面的轉(zhuǎn)角（186。） 圖 25 彎曲母線螺旋面的形狀及其速度曲線 圖 26 物料在料槽中的倒塌角 葉片的設(shè)計 為保障機器高效工作螺旋輸送機物料面的轉(zhuǎn)角必須小于物料的倒塌角。而螺旋輸送機物料面的轉(zhuǎn)角不僅與對物料本身的進料量要求有關(guān)，還需考慮螺旋體葉片的螺距大小以及形狀。 生產(chǎn)中對螺旋輸送機進料量的要求直接影響輸送效率。其中進料量用填充系數(shù)ψ表示。 圖 27 表示螺旋體轉(zhuǎn)動而推送物料時，對物料進料量要求不同的情況下機槽內(nèi)物料的存在狀態(tài)。當(dāng)進料量較小時（假設(shè)為ψ =5%），如圖 27a，物料輸送量較小且物料堆積厚度小，物料圓周速度受物料自身重力和較小的機槽內(nèi) 壁摩擦力作用，圓周速度很小，而葉片推力的軸向分力是物料軸向速度很大。這是基本沒 8 有附加料流的現(xiàn)象產(chǎn)生。當(dāng)進料量變大時（假設(shè)ψ =20％），如圖 27b。物料輸送量變大且物料堆積厚度變大，物料圓周速度受物料自身重力和較大的機槽內(nèi)壁摩擦力作用，圓周速度變大，而軸線方向的機槽對物料的摩擦力增大加大了