【文章內(nèi)容簡介】 該推力的徑向分量和葉片對物料的摩擦力將物料繞軸轉(zhuǎn)動；而物料的重力和機槽對物料的摩擦力又阻止物料繞軸轉(zhuǎn)動。當螺旋葉片對物料法向推力的軸向分量克服了機槽對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)，只沿料槽向前運移。其情況猶如被持住不能轉(zhuǎn)動的螺母在旋轉(zhuǎn)的螺桿上作直線運動一樣。但是物料顆粒在輸送過程中，其運動由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響并非作單純的直線運動，而是一個空間運動。 當螺旋升角為α并在展開狀態(tài)時，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角是由物料對螺旋面的摩擦角ρ及螺旋表面粗糙程度決定的。對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φ角的影響，此時則認為φ≈ρ。 物料顆粒 A 在 P 合 作用下，在料槽中進行著一個復(fù)合運動，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的運動速度，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 因為 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 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算公式： 21 260 ( ) 12ssn rvsr? ?????面軸 圖 33表示了對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 在半徑長度范圍內(nèi)并不是常數(shù)，因此，在其運移過程中要產(chǎn)生物料之間的相對滑動。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行轉(zhuǎn)動，較早地到達表面，這就產(chǎn)生了一個附加料流。它不僅對物料的輸送起著不良的影響，同時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?shù)販p小。但在靠近槽壁處，由于具有升角負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。 水平螺旋輸送機工作時，物料在機槽底部并偏向轉(zhuǎn)動方向的一側(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，當物料面轉(zhuǎn)角φ φ d時，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)，即下一個螺距中，形成附加料流。因此，當輸送機工作時，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—— 物料在靜止狀態(tài)時的內(nèi)摩擦角（186。） φ d—— 螺旋輸送機穩(wěn)定工作時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 在螺旋輸送機工作過程中，物料面的轉(zhuǎn)角與填充系數(shù)即進料量、螺距大小及螺旋面的型式等因素有 關(guān)。 螺旋輸送機工作時，機槽中物料的填充系數(shù)ψ（即進料量）影響輸送過程和能量消耗。圖 36是輸送礫石時，對于不同填充系數(shù)的物料層堆積的情況及其滑移面。當裝滿系數(shù)較小時（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，物料運動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動要比圓周方向顯著得多。所以，這時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，當填充系數(shù)提高（ψ =13％或ψ =40％）時，則物料的滑移面將變陡，見圖 36b、 c。此時，物料在圓周方向的運動加強， 在輸送方向的運動減弱，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，對于水平螺旋輸送機來南昌航空大學(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《運輸機械設(shè)計選用手冊下冊》 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)。輸送細粉、易流動且沒有磨琢性或有輕微磨琢性的散狀固體物料時（如面粉、谷物等），填充系數(shù)可達到 ；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?；蛐K，則填充系數(shù)限制在 。如果與 此同時物料還有一定程度的磨琢性，螺旋的轉(zhuǎn)速就要減少。對于磨琢性的及大物料（如礦石等），填充系數(shù)將進一步地限制，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，當螺距不同時，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)致物料運動速度分布的變化。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分布關(guān)系等兩個條件，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，必須滿足的第二個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，同時又使螺旋面上各點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。當螺距增加時，雖說軸向輸送速度增大，但是會出現(xiàn)圓周速度不恰當?shù)姆植记闆r；相反，當螺距較小時，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 又因為此時 2r=D（螺旋圓周處），故得求螺距的第二個條件為 ta n ( )4sD? ???? 分析了填充系數(shù)及螺距對物料輸送過程的影響后，可以指出，對于較大的裝滿系數(shù)，應(yīng)取最小的螺距值；反之，對于較小的裝滿系數(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的升角α不同。葉片外緣點處升角α 外 最小，向內(nèi)升角逐漸增大，至葉片內(nèi)緣點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。從螺距對物料運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， s/D=1 的情況繪制的。由圖可知，水平螺旋輸送機的容積生產(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)的大小對產(chǎn)量也有較大的影響，特別是當 s/D 比值較大時，隨著 f1=tanφ 1的增大，產(chǎn)量下降得很厲害。例如，當 s/D=2 時，若 f1=，則 V=950；若 f1=，則 V=0，即此時物料只隨螺旋葉片轉(zhuǎn)動而其軸向運動停止。因此，除適宜選擇 s/D 比值外，還應(yīng)恰當?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 通過以往試驗得知，螺旋在一定的轉(zhuǎn)速內(nèi)，對物料顆粒運動的影響并不顯著。但是當超過一定的轉(zhuǎn)速時，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，因此在實用計算中，用下列經(jīng)驗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《運輸機械設(shè)計選用手冊下冊》 P335 表 151 查出 從式可知，螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速是螺旋輸 送機直徑的函數(shù)，同時也和輸送物料性質(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，以減小物料對螺旋葉片及機殼磨損，延長使用壽命。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論 文 28 4 總體設(shè)計計算 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，輸送長度 L 為 15 米 由于該機用于純運輸，因而選用實體螺旋面型葉片；根據(jù)選型要求，確定該機為LS型螺旋輸送機 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 20 表 52填充系數(shù) 物料特性 易流動，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