【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 該推力的徑向分量和葉片對(duì)物料的摩擦力將物料繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；而物料的重力和機(jī)槽對(duì)物料的摩擦力又阻止物料繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)螺旋葉片對(duì)物料法向推力的軸向分量克服了機(jī)槽對(duì)物料的摩擦力及法向推力的徑向分量，物料不和螺旋一起旋轉(zhuǎn)，只沿料槽向前運(yùn)移。其情況猶如被持住不能轉(zhuǎn)動(dòng)的螺母在旋轉(zhuǎn)的螺桿上作直線運(yùn)動(dòng)一樣。但是物料顆粒在輸送過程中，其運(yùn)動(dòng)由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響并非作單純的直線運(yùn)動(dòng)，而是一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)螺旋升角為α并在展開狀態(tài)時(shí)，螺旋線用一條斜直線表示。則旋轉(zhuǎn)螺旋面作用于半徑為 r（距螺旋軸線之距 離）處的物料顆粒 A上的力為 P 合 。由于摩擦的原因， P合 之方向與螺旋線的法向方向偏離了φ角。此力可分解為切向分力 P 切 和法向分力 P 法 ，如圖所示。圖中φ角是由物料對(duì)螺旋面的摩擦角ρ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)則認(rèn)為φ≈ρ。 物料顆粒 A 在 P 合 作用下，在料槽中進(jìn)行著一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即具有圓周速度 v 側(cè)和軸向速度 v 軸 ，其合成速度為 v 合 ，圖表示了其速度的分解。 若螺旋的轉(zhuǎn)速為 n，處于螺旋面上的被研究物料顆粒 A的運(yùn)動(dòng)速度，由圖中三角南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 20 形 ABC 可得 c os si nv AB???合 因?yàn)? 260rnAB ?= 所以 圓周速度為 2 s in s ins in6 0 c o srnvv ? ? ? ???????圓 合（ ）（ ） = 以摩擦系數(shù) μ=tanρ代入上式，得到圓周速度 2 s in ( s in c o s )60rnv ? ? ? ? ???圓 由于 因此，將上述各式代入并經(jīng)過換算后，便可求得物料顆粒的圓周速度計(jì)算公式， 26 0 2( ) 12sn srvsr??????圓 式中： s—— 螺旋的螺距 (m) n—— 螺旋的轉(zhuǎn)速 (r/min) r—— 所研究的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)μ 面 =tanρ 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 21 若使公式對(duì) r求一次導(dǎo)數(shù)，并令其值 ，便可求得存在 v圓最大值的半徑為 2( m a x )12vrs?????? 面 面面 同樣，根據(jù) 圖 32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： 21 260 ( ) 12ssn rvsr? ?????面軸 圖 33表示了對(duì)于幾種不同螺距的速度 v 圓 和 v 軸 隨半徑而變化的曲線圖。由圖中可知，對(duì)于處于直線 OB1B2B3m 以右的 r 值的母線螺旋而上的被輸送物料，其圓周速度 v 圓 在半徑長(zhǎng)度范圍內(nèi)并不是常數(shù)，因此，在其運(yùn)移過程中要產(chǎn)生物料之間的相對(duì)滑動(dòng)。在靠近螺旋軸的物料之圓周速度要比外層的大，但該處的軸向輸送速度卻顯著降低。所以使內(nèi)層的物料較快地繞軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，較早地到達(dá)表面，這就產(chǎn)生了一個(gè)附加料流。它不僅對(duì)物料的輸送起著不良的影響，同時(shí)也增加了功率的消耗。但在靠近螺旋外側(cè)的物料，其軸向輸送速度要大于圓周速度。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 22 為了避免直母線螺旋面的上述問題，而又能獲得物料的最大軸向速度，因而采用如圖 34 所示的彎曲母線螺旋面。這種螺旋面在靠近螺旋軸處的升角為正α，而在靠近槽壁處的升角為負(fù)α 。這樣在靠近螺旋軸的區(qū)域處將具有指向槽壁的徑向速度，增加了內(nèi)層物料對(duì)外層物料的壓力和摩擦力，致使螺旋軸附近的附加料流適當(dāng)?shù)販p小。但在靠近槽壁處，由于具有升角負(fù)α的螺旋面，亦具有指向螺旋軸線的圓周速度，則使該處物料對(duì)料槽槽壁的壓力降低，乃至消除，從而減落或避免了由此引起的能量消耗和物料軸向輸送速度的降低。 水平螺旋輸送機(jī)工作時(shí)，物料在機(jī)槽底部并偏向轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一側(cè)，該物料面與水平形成的夾角φ為物料的倒塌角，如圖 35 所示。在此面上物料處于力的平衡，當(dāng)物料面轉(zhuǎn)角φ φ d時(shí)，物料沿倒塌角下滑，形成倒塌現(xiàn)象。 倒塌下來的物料一部分不斷翻起在落下，一部分越過軸并落到軸的另一側(cè)，即下一個(gè)螺距中，形成附加料流。因此，當(dāng)輸送機(jī)工作時(shí)，應(yīng)使物料面的轉(zhuǎn)角不大于物料的倒塌角，即 00. 7d? ? ??? 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 23 式中：φ 0—— 物料在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的內(nèi)摩擦角（186。） φ d—— 螺旋輸送機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)物料面形成的倒塌角（186。） φ —— 物料面的轉(zhuǎn)角（186。） 葉片的設(shè)計(jì) 在螺旋輸送機(jī)工作過程中，物料面的轉(zhuǎn)角與填充系數(shù)即進(jìn)料量、螺距大小及螺旋面的型式等因素有 關(guān)。 螺旋輸送機(jī)工作時(shí)，機(jī)槽中物料的填充系數(shù)ψ（即進(jìn)料量）影響輸送過程和能量消耗。圖 36是輸送礫石時(shí)，對(duì)于不同填充系數(shù)的物料層堆積的情況及其滑移面。當(dāng)裝滿系數(shù)較小時(shí)（即ψ =5％），物料堆集的高度低矮且大部分靠近槽壁而具有較低的圓周速度，物料運(yùn)動(dòng)的滑移面幾乎平行于輸送方向，見圖 36a。物料顆粒在軸向的運(yùn)動(dòng)要比圓周方向顯著得多。所以，這時(shí)垂直于輸送方向的附加料流很少，單位能量消耗也較低。但是，當(dāng)填充系數(shù)提高（ψ =13％或ψ =40％）時(shí)，則物料的滑移面將變陡，見圖 36b、 c。此時(shí)，物料在圓周方向的運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)， 在輸送方向的運(yùn)動(dòng)減弱，附加料流增大，導(dǎo)致輸送速度的降低和附加能量的消耗。因而，對(duì)于水平螺旋輸送機(jī)來南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 24 說，物料的填充系數(shù)并不能無限增加，一般取填充系數(shù)ψ＜ 45％。各種散粒物料的填充系數(shù)可參考化學(xué)工業(yè)出版社出版的 1999 版《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)下冊(cè)》 P335 表151。 圖 36 填充系數(shù)主要與被輸送物料的性質(zhì)有關(guān)。輸送細(xì)粉、易流動(dòng)且沒有磨琢性或有輕微磨琢性的散狀固體物料時(shí)（如面粉、谷物等），填充系數(shù)可達(dá)到 ；如果被輸送的物料易于粘結(jié)或具有中等程度磨琢性的細(xì)?；蛐K，則填充系數(shù)限制在 。如果與 此同時(shí)物料還有一定程度的磨琢性，螺旋的轉(zhuǎn)速就要減少。對(duì)于磨琢性的及大物料（如礦石等），填充系數(shù)將進(jìn)一步地限制，大約只能取 。 螺距的大小也直接影響物料的輸送過程，如果填充系數(shù)不變，當(dāng)螺距不同時(shí)，則物料的滑移面亦隨之改變。如果改變了填充系數(shù)，則必導(dǎo)致物料運(yùn)動(dòng)速度分布的變化。所以，應(yīng)從考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量間的適當(dāng)分布關(guān)系等兩個(gè)條件，來確定最合理的螺距尺寸。 從圖 32可得出物料顆粒 A所受螺旋面在軸向方向上的作用力為 c osPP ????合軸 （ ） 為了使 P 軸 0，則必須滿足 根據(jù)前面的討論得知，最小的半徑 r=d/2（其中 d 為螺旋軸的直徑）初所得的螺旋升角 α是最大的，則軸向輸送方向的作用力 P 軸最小。根據(jù)這個(gè)條件，最大的許用螺距值應(yīng)由下面兩式求得 m a x ta n ( )2sd ????? 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 25 maxds ??? 面 若以 k1=d/D（ D 為螺旋的外徑）代入上式，則得 1m ax kDs ???面 確定最大的許用螺距時(shí)，必須滿足的第二個(gè)條件是建立在使物料顆粒具有最合理的速度各分量間的關(guān)系的基礎(chǔ)上。亦即 應(yīng)使物料顆粒具有盡可能大的軸向輸送速度，同時(shí)又使螺旋面上各點(diǎn)的軸向輸送速度大于圓周速度，如圖 32所示。螺距的大小將影響速度各分量的分布。當(dāng)螺距增加時(shí)，雖說軸向輸送速度增大，但是會(huì)出現(xiàn)圓周速度不恰當(dāng)?shù)姆植记闆r；相反，當(dāng)螺距較小時(shí)，速度各分量的分布情況較好，但是軸向輸送速度卻較小。于是，根據(jù)在螺旋圓周處的 v 圓 ≤ v 軸 的條件，并利用公式可得 1226 0 6 0((sssn snrr?????????面 面22ss) + 1 ) + 12 r 2 r 1 ta n ( ) 214sr? ?? ? ???? ? ?? 面面2r 又因?yàn)榇藭r(shí) 2r=D（螺旋圓周處），故得求螺距的第二個(gè)條件為 ta n ( )4sD? ???? 分析了填充系數(shù)及螺距對(duì)物料輸送過程的影響后，可以指出，對(duì)于較大的裝滿系數(shù)，應(yīng)取最小的螺距值；反之，對(duì)于較小的裝滿系數(shù)，螺距可偏于取最大值。 由前述知，在螺旋面同一母線上各點(diǎn)的升角α不同。葉片外緣點(diǎn)處升角α 外 最小，向內(nèi)升角逐漸增大，至葉片內(nèi)緣點(diǎn)處即靠近螺旋軸處的升角α 內(nèi) 最大。由此得知，螺旋葉片同一差別越大，各點(diǎn)處物料轉(zhuǎn)角φ的差別越大，在較大的半徑范圍內(nèi)物料轉(zhuǎn)角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。從螺距對(duì)物料運(yùn)輸速度各分量分布的影響也可知，螺距增大，在靠近螺 旋軸處物料的 v 圓 顯著增加，且在較大的半徑范圍內(nèi) v 圓 v 軸 ，使較多物料的轉(zhuǎn)角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。 圖 37a 繪出了水平螺旋輸送機(jī)的容積生產(chǎn)率 V 與螺旋軸直徑 d、物料與螺旋葉南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 26 片摩擦系數(shù) tanφ 1間的關(guān)系。該圖是在螺旋直徑 D保持不變時(shí)， s/D=1 的情況繪制的。由圖可知，水平螺旋輸送機(jī)的容積生產(chǎn)率是隨螺旋軸直徑 d及物料與葉片間的摩擦系數(shù) f1=tanφ 1 的增大而下降的。而圖 37b 則繪出了水平螺旋輸送機(jī)的容積生產(chǎn)率與s/D 的比值及物料與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)的關(guān)系。由圖可知， s/D 比值的適宜范圍是 — ，在此范圍之外，生產(chǎn)率則明顯下降；此外，物料與螺旋葉片間摩擦系數(shù)的大小對(duì)產(chǎn)量也有較大的影響，特別是當(dāng) s/D 比值較大時(shí)，隨著 f1=tanφ 1的增大，產(chǎn)量下降得很厲害。例如，當(dāng) s/D=2 時(shí)，若 f1=，則 V=950；若 f1=，則 V=0，即此時(shí)物料只隨螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)而其軸向運(yùn)動(dòng)停止。因此，除適宜選擇 s/D 比值外，還應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡x擇螺旋葉片的材料及其光滑程度，以盡量減小物料與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 27 通過以往試驗(yàn)得知，螺旋在一定的轉(zhuǎn)速內(nèi)，對(duì)物料顆粒運(yùn)動(dòng)的影響并不顯著。但是當(dāng)超過一定的轉(zhuǎn)速時(shí)，物料受到 過大的切向力而被拋起，開始產(chǎn)生垂直于輸送方向的徑向跳躍，從而對(duì)輸送過程產(chǎn)生不利影響。因此，螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)被輸送物料的最低跳躍高度來確定。但是，由于至今尚缺乏有關(guān)各種物料的許用最低跳躍高度的資料，因此在實(shí)用計(jì)算中，用下列經(jīng)驗(yàn)公式來確定螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速： maxAnD? 式中， D 螺旋直徑（ m） A 物料特性系數(shù)，由化學(xué)工業(yè)出版社出版的 1999 版《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)下冊(cè)》 P335 表 151 查出 從式可知，螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速是螺旋輸 送機(jī)直徑的函數(shù)，同時(shí)也和輸送物料性質(zhì)及填充系數(shù)有關(guān)。在滿足輸送量要求的情況下，應(yīng)選用較低的轉(zhuǎn)速，以減小物料對(duì)螺旋葉片及機(jī)殼磨損，延長(zhǎng)使用壽命。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 28 4 總體設(shè)計(jì)計(jì)算 被輸送物料的名稱及特性 （ 1）物料：面粉 （ 2）面粉為干的、無磨琢性、無腐蝕物料 選型要求 （ 1）輸送能力 Q=40 t/h （ 2）水平輸送，輸送長(zhǎng)度 L 為 15 米 由于該機(jī)用于純運(yùn)輸，因而選用實(shí)體螺旋面型葉片；根據(jù)選型要求，確定該機(jī)為L(zhǎng)S型螺旋輸送機(jī) 確定螺旋直徑 D 式中 Q 輸送能力 K 物料特性系數(shù)，常用物料 K 值見表 51 Ψ 填充系數(shù)，見表 52 C 傾角系數(shù)，見表 53 表 51常用物料 物料的粒度 物料的磨琢性 物料的典型例子 特性系數(shù) K 綜合系數(shù) A 粉狀 無磨琢性 半磨琢性 面粉、石墨、石灰、純堿 75 粉狀 磨琢性 干爐粉、水泥、石膏粉、白粉 35 粉狀 無磨琢性 半磨琢性 谷物、鋸木屑、泥煤 50 粒狀 磨琢性 造型土、型砂、沙成粒 的爐渣 30 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 29 固體 粘性、易結(jié)塊 含水的糖、淀粉質(zhì)的團(tuán) 20 表 52填充系數(shù) 物料特性 易流動(dòng)，磨損很少 少量磨損且為顆粒至小塊狀 磨損性、侵蝕性大 ψ 表 53傾角系數(shù) 傾斜度 0O ≦ 5o ≦ 10o ≦ 15o ≦ 20o C 確定螺旋轉(zhuǎn)速 n 螺旋轉(zhuǎn)速在滿足輸送能力的條件下不宜過高