【文章內(nèi)容簡介】 護(hù)電動機(jī)及設(shè)備瞬時超載及停機(jī)的影響。 由于所設(shè)計的輸送機(jī)運(yùn)載量大，在使用過程中會出現(xiàn)如進(jìn)料量不穩(wěn)定，超載運(yùn)行 等情況，因此我們選用齒 輪減速電動機(jī)通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動的形式。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 3 水平螺旋輸送機(jī)的工作過程分析 物料的運(yùn)動分析 當(dāng)螺旋體傳動時，進(jìn)入機(jī)槽的物料受到螺旋葉片的法向推力，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(jī)槽對物料的摩擦力又阻止物料繞軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)螺旋葉片對物料法向推力的軸向分量克服了機(jī)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(yùn)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(yùn)動一樣。但是物料顆粒在輸送過程中，其運(yùn)動由于 受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響并非作單純的直線運(yùn)動，而是一個空間運(yùn)動。 當(dāng)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(rèn)為φ≈ρ。 物料顆粒 A 在 P 合 作用下，在料槽中進(jìn)行著一個復(fù)合運(yùn)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(yùn)動速度，由圖中三角南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 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 20 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(yùn)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(jìn)行轉(zhuǎn)動，較早地到達(dá)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 21 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，物料在機(jī)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(dāng)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(dāng)輸送機(jī)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 22 式中：φ 0—— 物料在靜止?fàn)顟B(tài)時的內(nèi)摩擦角（186。） φ d—— 螺旋輸送機(jī)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(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，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，對于不同填充系數(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（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(dāng)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(yùn)動加強(qiáng)，在輸送方向的運(yùn)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(jī)來南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 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(xì)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(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)粒或小塊，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(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，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 24 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(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，雖說軸向輸送速度增大，但是會出現(xiàn)圓周速度不恰當(dāng)?shù)姆植记闆r；相反，當(dāng)螺距較小時，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(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 25 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(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)的大小對產(chǎn)量也有較大的影響，特別是當(dāng) 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(dāng) 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(yùn)動停