【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 16 1 引言 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)所選的題目是螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)，主要是針對(duì)實(shí)習(xí)所在單位遇到的實(shí)際問題進(jìn)行設(shè)計(jì)，所要解決的問題是：要求水平輸送小麥 ,輸送量為20t/h，輸送距離為 10m,設(shè)計(jì)一臺(tái)結(jié)構(gòu)合理，性價(jià)比最高的螺旋輸送機(jī)。結(jié)合此實(shí)際問題， 根據(jù)設(shè)計(jì)條件確定輸送機(jī)型為 LS 型， 設(shè) 計(jì)螺旋葉片，輸送機(jī)進(jìn)出料口，驅(qū)動(dòng)裝置，減速器等主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算及相關(guān)零件的校核。綜合運(yùn)用工程材料、機(jī)械制造工藝、公差配合、機(jī)械制圖、 CAD 輔助設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，能從各個(gè)方面檢查及鞏固在大學(xué)階段所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。 螺旋輸送機(jī)作為冶金、建材、化工、糧食及機(jī)械加工等部門廣泛應(yīng)用的一種連續(xù)輸送設(shè)備。 LS型螺旋輸送機(jī)與 GX螺旋輸送機(jī)相比結(jié)構(gòu)新穎，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，采用頭、尾軸承移至殼體外，中間吊軸承采用滾動(dòng)、滑動(dòng)可以互換的兩種結(jié)構(gòu)，均設(shè)防塵密封裝置，密封件用尼龍及塑料王，阻力小，密封性強(qiáng)，耐磨性好，滑動(dòng)瓦有需加潤(rùn)滑劑的 鑄銅瓦、合金耐磨鑄鐵瓦和銅基石墨少油潤(rùn)滑瓦， 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、橫截面尺寸小、密封性好、可以進(jìn)行多點(diǎn)裝料和卸料、操作安全方便以及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)使其應(yīng)用廣泛。 利用這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，將兩個(gè)半月實(shí)習(xí)所面臨的實(shí)際問題，在老師耐心的指導(dǎo)下，并利用自己在大學(xué)所學(xué)的書本知識(shí)，參閱了大量的相關(guān)書籍和資料，對(duì)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為解決上述實(shí)際問題對(duì)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算和選擇。由于時(shí)間倉(cāng)促和本人水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)有不合理的地方，懇請(qǐng)老師給予寶貴的意見，并給予批評(píng)和指正。 2 螺旋輸送機(jī)的相關(guān)介紹 螺旋輸送 機(jī)的發(fā)展歷程 中國(guó)古代的高轉(zhuǎn)筒車和提水的翻車，是現(xiàn)代斗式提升機(jī)和刮板輸送機(jī)的基礎(chǔ)； 17世紀(jì)中葉，開始應(yīng)用架空索道輸送散狀物料； 19 世紀(jì)中葉，各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的輸送機(jī)相繼出現(xiàn)。 螺旋輸送機(jī)的發(fā)展，分為有軸螺旋輸送機(jī)和無(wú)軸螺旋輸送機(jī)兩種型式的發(fā)展過(guò)程。有軸螺旋輸送機(jī)由螺桿， U型料槽，蓋板，進(jìn)，出料口和驅(qū)動(dòng)裝置組成，一般分為水平式，傾斜式和垂直式三種；而無(wú)軸螺旋輸送機(jī)則將螺桿改為無(wú)軸螺旋，并在 U 型槽內(nèi)裝置可換襯體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物料由進(jìn)料口輸入經(jīng)螺旋推動(dòng)后由出料口輸出，整個(gè)傳輸過(guò)程可在一個(gè)密封的槽中進(jìn)行。一般來(lái)講 ，我們平常所指的螺旋輸送機(jī)都指有軸型式的螺旋輸送機(jī)。而對(duì)許多輸送比較困難的物料，人們一直在尋求一種可靠的輸送方法，而無(wú)軸螺旋輸送機(jī)則是一種較好的解決方法 [1]。 GX 型螺旋輸送機(jī)是出現(xiàn)較早的一種螺旋輸送機(jī)，也是我國(guó)最早定型生產(chǎn)的通用性生產(chǎn)設(shè)備。 GX型螺旋輸送機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要是，其頭尾部軸承移至殼體外，具有防塵密封性好，噪聲低，適應(yīng)性強(qiáng)，操作維修方便，進(jìn)、出料口位置布置靈活等 。缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗大，機(jī)件磨損快，物料在運(yùn)輸時(shí)粉碎嚴(yán)重。 LS型螺旋輸送機(jī)是在 GX 型輸送機(jī)的基礎(chǔ)上修改設(shè)計(jì)的新一代螺旋輸送機(jī)， LS 型螺旋輸送機(jī) 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)新穎，性能可靠，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，適用范圍廣泛，節(jié)能降耗顯著?？傮w而言，該機(jī)頭部和尾部軸承移到殼體外部，消除了由于密封不嚴(yán)漏料而降低軸承壽命的可能性；中間吊軸承采用滾動(dòng)、滑動(dòng)可以互換的兩種結(jié)構(gòu)，均設(shè) 17 防塵密封裝置，密封性強(qiáng)，耐磨性好；螺旋葉片的表面涂有耐磨材料，增強(qiáng)了葉片的耐磨性；傳動(dòng)部分采用擺線針輪減速機(jī)，使得整機(jī)噪音低，適應(yīng)性強(qiáng)，操作維修方便。 螺旋輸送機(jī)的類型 (1)螺旋輸送機(jī)的類型有水平固定式輸送機(jī)、垂直式螺旋輸送機(jī)。 (2)螺旋輸送機(jī)的螺旋葉片有實(shí)體螺旋面型、帶式螺旋面型及葉片螺旋面型三 種如圖 21。實(shí)體螺旋面稱為 S 制法，其螺旋節(jié)距 GX型為葉片直徑的 倍，LS 型適用于輸送粉狀和粒狀物料。帶式螺旋面又稱 D制法，其螺旋節(jié)距與螺旋葉片直徑相同，適用于輸送粉狀即小塊物料。葉片式螺旋面應(yīng)用較少，主要用于輸送粘度較大和可壓縮性物料，在輸送過(guò)程中，同時(shí)完成攪拌、混合等工序，其螺旋節(jié)距約為螺旋葉片直徑的 倍 [2]。 (a)實(shí)體螺旋面型； (b)帶式螺旋面型； (c)、 (d)葉片螺旋面型 圖 21 螺旋葉片的形式 (3)螺旋輸送機(jī)的螺旋葉片分為左旋與右旋兩種旋向。 (4)LS、 GX 型螺旋 輸送機(jī)物料出口端，應(yīng)設(shè)置 1/2~1 圈反向螺旋片，防止粉料堵塞端部軸承，在出口管上端無(wú)螺旋片。 螺旋輸送機(jī)主要結(jié)構(gòu) 螺旋式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 22所示：主要由傳動(dòng)軸 1，頭部軸承 2，進(jìn)料口3，主軸 4，吊軸承 5，螺旋葉片 6，支座 9，出料口 8和機(jī)殼 10 所組成。 圖 22 螺旋輸送機(jī)的整體結(jié)構(gòu) 剛性的螺旋體通過(guò)頭、尾部和中間部位的軸承支承于機(jī)殼，形成可實(shí)現(xiàn)物料輸送的轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，螺旋體的運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)安裝于頭部的驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)，進(jìn)出料口分別開設(shè)于機(jī)殼尾部上側(cè)和頭部下側(cè)。進(jìn)出料口均可沿機(jī)器的長(zhǎng)度方向安裝多個(gè)，并用平板閘 門啟閉，只有其中一個(gè)卸料，傳動(dòng)裝置可以裝于機(jī)殼頭部或尾 18 部。 螺旋葉片 螺旋體是螺旋輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)物料輸送的主要構(gòu)件，它由螺旋葉片和螺旋軸兩部分構(gòu)成。常用的葉片有滿面式和帶式兩種形式。按葉片在軸上的盤繞方向不同可分為右旋和左旋兩種 (逆時(shí)針盤繞為左旋，順時(shí)針盤繞為右旋 )。螺旋體輸送物料方向由葉片旋向和軸的運(yùn)轉(zhuǎn)向決定，一般先確定葉片旋向，然后按左旋用右手、右旋用左手的原則，四指彎曲方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)方向，大拇指伸直方向即為輸送物料方向。同一螺旋體上有兩種旋向的葉片，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同方向物料的輸送。螺旋軸通常采用 直徑 30～ 70mm 的空心鋼管。 螺旋體的主要規(guī)格尺寸為螺旋葉片直徑 D(mm)、軸直徑 d(mm)和螺距 s(mm)，系列直徑見表 [2]。螺旋葉片通常采用簡(jiǎn)易制造法，即用 1． 5～ 4． 0mm厚的薄鋼板沖壓或剪切成帶缺口的圓環(huán)，將圓環(huán)拉制成一個(gè)螺距的葉片，然后將若干個(gè)單獨(dú)的葉片經(jīng)焊接或鉚接于螺旋軸形成一個(gè)完整的螺旋葉片 [3]。圓環(huán)的尺寸如圖23，用下面的公式計(jì)算： ()2( )L D dR Ll?? ? （ 21） （ 22） （ 23） 式中： R— 圓環(huán)外圓半徑； r— 圓環(huán)內(nèi)圓半徑；α — 圓環(huán)的缺角； L— 一個(gè)螺距葉片外螺旋線的長(zhǎng)度 22()LS???D （ mm）； ι — 一個(gè)螺距葉片內(nèi)螺旋線的長(zhǎng)度 22()lS???d (mm)。 圖 23 螺旋葉片及下料尺寸 當(dāng)運(yùn)送干燥的小顆粒或粉狀物料時(shí)，宜采用實(shí)體螺旋 ，這是最常用的型式。運(yùn)送塊狀的粘滯性的物料時(shí)，宜采用帶式螺旋。當(dāng)運(yùn)送韌性和可壓縮性的物料時(shí)，宜采用葉片式或成型的螺 旋漿， 這兩種螺旋往往在運(yùn)送物料的同時(shí)，還可以對(duì)物料進(jìn)行攪拌，揉捏及混合等工藝操作。 帶式螺旋是利用徑向桿柱把螺旋帶固定在軸上。有些螺旋是用寬的鋼帶經(jīng)過(guò)鏈形軋輥軋成的一個(gè)沒有接頭的整螺旋體。在一根螺旋轉(zhuǎn)軸上，有時(shí)可以一半是右旋的，一半是左旋的。這樣可將物料同時(shí)從中間輸送到 兩 端或從兩端輸送到中間，根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。螺旋的螺距有 三 種，對(duì)于 GX型螺旋輸送機(jī)，實(shí)體螺旋螺距等于直徑的 倍； LS 型 螺旋輸送 機(jī)，實(shí)體螺旋螺距等于直徑的 倍 ； 帶式螺旋螺距等于直徑。 19 螺旋主軸 圖 24 螺旋輸送機(jī)軸 螺旋輸送機(jī)軸一般 是空心的，由長(zhǎng) 2～ 4米的節(jié)段裝配而成，通常采用鋼管制成的，因在強(qiáng)度相同情況下，它的重量要小得多，而且互相連接也方便。軸頭 起 到連接 各個(gè)節(jié)段的 作用如圖 24， 可以利用軸 頭 3插入空心軸的襯套 5內(nèi)，以螺釘 2 固定連接來(lái) ， 這些圓軸還可用作中間 吊 軸承和頭部軸承的頸部。這種方式可使結(jié)構(gòu)緊湊 如圖 25，但裝卸較麻煩，大型的螺旋輸送機(jī)，則是采用法蘭連接。采用一段兩端帶法蘭的短軸 2 與螺旋軸 1 的端法蘭接起 來(lái)，這種連接方法，裝卸容易，但徑向尺寸相對(duì)大一些。 圖 25 軸的連接 軸承 軸承是安裝于機(jī)殼外部用于支承螺旋體的構(gòu)件，按其安裝位置和作用不同可分為頭部軸承和 尾部 軸承。頭部應(yīng)裝止推軸承 ， 以承受由于運(yùn)送物料之阻力所產(chǎn)生的軸向力，一般放在 輸 送物料的前方。當(dāng)軸較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)在每一中間節(jié)段內(nèi)裝一吊軸承，用于支撐螺旋軸，吊軸承一般采用對(duì)開式滑動(dòng)軸承。 螺旋機(jī)殼 機(jī)殼 是由 3～ 8 毫米厚的 薄鋼板制成，水平慢速螺旋輸送機(jī)的機(jī)殼通常用2～ 4mm 厚的薄鋼板制成。橫斷面兩側(cè)壁垂直，底部為半圓形，每節(jié)機(jī)殼的端部和 側(cè)壁上端均用角鋼焊接加固，以保證機(jī)殼的剛度，實(shí)現(xiàn)節(jié)與節(jié)間、頂部蓋板與機(jī)殼的連接，機(jī)殼底部應(yīng)設(shè)置鑄鐵件或角鋼焊接件的支承腳，以保證輸送物料過(guò)程的強(qiáng)度。垂直快速螺旋輸送機(jī)機(jī)殼橫斷面為圓形，通常采用薄壁無(wú)縫鋼管制成。 不銹鋼或薄鋼板制成 圓 筒或帶有垂直側(cè)邊的 U 形槽，為了便于連接和增加剛性，在料槽的縱向邊緣及各節(jié)段的橫向接口處都焊有角鋼，用可拆卸的蓋子蓋在上面。 機(jī)殼 的內(nèi)直徑要稍大于螺旋直徑，使兩者之間有一間隙。螺旋和 機(jī)殼 制造、裝配愈精確間隙可愈小。這對(duì)減少磨損和動(dòng)力消耗非常重要，一般間隙為 ～ 15 毫米。 螺旋 輸送機(jī)的工作原理 在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用旋轉(zhuǎn)的螺旋將被輸送的物料沿固定的機(jī)殼 20 內(nèi)表面推移而進(jìn)行輸送工作，像是被持住不能旋轉(zhuǎn)的螺母沿絲桿作平移運(yùn)動(dòng)一樣，使物料不與螺旋一起旋轉(zhuǎn)的力量是物料的重力和機(jī)殼對(duì)于物料的摩擦阻力。所以，物料在輸送機(jī)中的運(yùn)送，完全是一種滑移運(yùn)動(dòng)。為了使螺旋軸處于較為有利的受拉狀態(tài)，一般都將驅(qū)動(dòng)裝置和卸料口安放在輸送機(jī)的同一端，而把進(jìn)料口盡量放在另一端的尾部附近 [4]。 3 螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與選擇 螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)條件 根據(jù)客戶要求 ,需水平輸送小麥 ,輸送量為 20t/h，輸送距離為 10m。設(shè)計(jì)一臺(tái)結(jié)構(gòu)合理，成本最低的螺旋輸送機(jī)。 輸送物料的運(yùn)動(dòng)分析 物料在旋轉(zhuǎn)輸送機(jī)中的運(yùn)動(dòng)，不隨螺旋體轉(zhuǎn)動(dòng)，而只在旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片推動(dòng)下沿螺旋方向移動(dòng)。物料顆粒在輸送過(guò)程中，物料的運(yùn)動(dòng)由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響，物料的運(yùn)動(dòng)并非是單純的沿軸線作直線運(yùn)動(dòng)，而是在直線復(fù)合運(yùn)動(dòng)中沿螺旋軸運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)立體運(yùn)動(dòng) [5]。 當(dāng)螺旋面的升角 a 在展開的狀態(tài)時(shí)，螺旋線用一條斜直線來(lái)表示，則旋轉(zhuǎn)螺旋面作用于半徑為 r 處的物料顆粒 A 上的力為依據(jù)。由于磨擦的原因，力的方向與螺旋線的法線方向偏離了 a角。此力可分解為切向分力 P 切 和法向分力 P法 如圖 31。 圖 3— 1 物料顆粒受力分析圖 圖 31 中φ角是由物料對(duì)螺旋面的摩擦角 P 及螺旋表面粗糙程度決定的。對(duì)于一般沖壓而成或經(jīng)過(guò)很好加工的螺旋面，可以不考慮螺旋表面粗糙程度對(duì)φ角的影響，此時(shí)可取φ≈α。 物料顆粒 A在合力 P 合 的作用下，在料槽中進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，即具有圓周速度和軸向速度，其合成速度 V 合 ，速度的分解如圖 32。 圖 3— 2 物料顆粒速度分解圖 若螺旋的轉(zhuǎn)數(shù)為 n，處于螺旋面上的被研究物料顆粒 A的運(yùn)動(dòng)速度，由圖中三角形 ABC 可得 :V ABsin??合 21 因?yàn)?260AB rn??，所以 2 sin60 cosV rn????合 （ 31） 圓周速度為 V圓 =V合 2 s i n( ) s i n6) co( 0ss in rn? ? ? ??? ??? ?? 以摩擦系數(shù) tg??? 代入上式，得： 2 s in ( s in c o s )60 nV r? ? ? ? ????圓 (32) 由于 2stg r? ?? ，以及 22si n =1+ 2srsr?????????，21cos =1+ 2 s r???????? 因此，將上述各式代入并經(jīng)過(guò)換算，便可以求得物料顆粒的圓周速度計(jì)算公式 : 2260 ( ) 12ssn rsrV???????圓， (33) 式中 s螺旋的螺距 (m):n 一螺旋的轉(zhuǎn)數(shù) (rpm)。r 一研究的物料顆粒離軸線的半徑距離 (m)； ? 物料與螺旋面的摩擦系數(shù)， tg??? 。 若使公式 V圓 對(duì) r求一次導(dǎo)數(shù)，并令其值 0dVdr?圓 ，便可求出存在 V圓的最大值的半徑為 2m a x 12rs???????圓 。 同樣，根據(jù)圖示的速度分解關(guān)系，可得物料顆粒的軸向輸送速度的計(jì)算公式： 21 2c o s( ) 60( ) 12ssn rVVsr? ?????? ? ? ??合軸 以摩擦系數(shù) tg??? 代人上式得： 2 s in ( c o s s in )60