垂直螺旋输送机设计参数确定与优化.pdf

9.75e04 9.27e04 8.78e04 8.29e04 7.80e04 7.32e04 6.83e04 6.34e04 5.85e04 5.36e04 4.88e04 4.39e04 3.90e04 3.41e04 2.93e04 2.44e04 1.95e04 1.46e04 9.75e03 4.88e03 1.10e04 z y x z y x 9.45e04 4.97e04 8.50e04 0.03e04 7.56e04 7.05e04 6.61e04 6.14e04 5.67e04 5.19e04 4.72e04 4.25e04 5.78e04 3.31e04 2.83e04 2.36e04 1.89e04 1.42e04 9.45e03 4.72e03 1.07e04 （a ）加工一个支路（b ） 加工四个支路 图 10 不同加工条件的速度分布图 从图中可以看出，当同时加工 4 个支路时会存在一定的压 力差与速度差， 这种差异会导致加工精度的不一致。在压强和速 度都较大的支路处， 去毛刺和倒圆角速度比压强和速度较小处要 快， 所以采用单独加工单一支路， 逐个加工的工艺方法较好。 5 结论 （1 ） 根据共轨管零件微小孔的加工需求， 设计了针对共轨管 零件特点的磨粒流加工工艺装备。此装备满足强度和刚度要求， 可用于共轨管零件磨粒流抛光工艺试验。 （2 ） 根据磨粒流加工特 点和共轨管零件结构建立了三维仿真模型， 应用 Fluent 软件对磨 粒流加工过程进行数值模拟， 得到压力分布和速度分布图。对不 同工艺的磨粒流加工作了比较， 从模拟结果可以看出， 用磨粒流 单独加工某一支路时， 有利于加工的一致性。 （3 ）根据速度分布 图可以看出， 在孔交叉处的速度较大。由于磨粒流的挤压研磨作 用， 会在此区域产生较大的圆角， 能够有效降低高脉冲产生的疲 劳应力， 明显改善共轨管的疲劳强度。用该加工方法能使表面光 整， 增强零件可靠性， 延长使用寿命。 （4 ）通过数值模拟获得的流 场内部的压力分布图和速度分布图对磨粒流加工的参数化有一 定意义。 参考文献 1 V.K.Gorana， V.K.Jain and G.K.Lal. Prediction of surface roughness during abrasiveflowmachining.Int JAdvManufTechnol， 2006 （31 ） 258267 2 Junye Li， Weina Liu and Lifeng Yang. A of Motion Control About Micro-hole Abrasive Flow Machining Based on Delphi Language. The IEEE InternationalConferenceonMechatronicsandAutomation， 200914441448 3 王瑞金等.FLUENT 技术基础与应用实例.北京 清华大学出版社， 2007 4 朱林， 肖德明.基于 CAXA 和 FLUENT 的深孔套料切削液流动三维数值 模拟.机械设计与制造， 2009 （3 ） 227～229 文章编号 1001-3997 （2010 ） 10-0056-03 【摘要】研制出一种专为输送秸秆用的垂直螺旋输送机， 运用比较设计法， 确定出设计参数； 最终通 过理论计算对确定出的设计参数进行校核， 优化所选参数， 保证了设计的合理性。 关键词 螺旋输送机； 比较设计法； 理论计算； 优化 【Abstract】Develop a vertical screw conveyor special used in transit haulms， make use of the of compared design； ultimately confirm the design parameters through theory account， optimize the selected parameters， make sure the reasonable of design. Key words Screw conveyor； The of compared design； Theory account； Optimize 螺旋输送机是一种不带挠性牵引构件的连续输送机械， 它 借助原地旋转的螺旋叶片将物料推移而进行输送。 由于物料自身 重量和机壳对物料的摩擦阻力的作用， 使物料不与螺旋叶片一起 旋转， 而是以滑动形式沿着轴向直线移动从而达到输送物料的作 用。 螺旋输送机一般用于短距离输送粉状、 粒状和小块片物料， 它 不但可以做水平运输， 也可做倾斜运输， 特殊情况还可用于垂直 方向的运输。 目前， 生物质发电越来越受到人们的关注， 秸秆这种生物质 作为发电的燃料具有发热量高、 污染小、 避免烧荒引起环境污染 等优点。因此， 本文研制出一种专为输送秸秆用的垂直螺旋输送 机如图 1 所示， 它结构简单、 横截面尺寸小、 密封性能好， 操作安 全方便、 制造成本低。 设计要求 （1 ） 输送能力 Q （t/h ） 2； （2 ） 地坑深度 4m； （3 ） 自动下料方式， 最大限度的降低劳动力成本； （4 ） 设备可拆卸性好。 1 设计计算 1.1 原始资料 1.1.1 被输送物料的名称及特性 （1 ） 秸秆 ρ （t/m3） 0.1； （2 ） 物料松散密度； 中图分类号 TH224文献标识码 A 垂直螺旋输送机设计参数确定与优化 张 陈郭维城张 凯肖 楠赵 群 （沈阳工程学院， 沈阳 110136 ） Preference and optimize of vertical screw conveyor ZHANG Chen， GUO Wei-cheng， ZHANG Kai， XIAO Nan， ZHAO Qun （Shenyang Institute of Engineering， Shenyang 110136， China ） ＊来稿日期 2009-12-18 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ MachineryDesign＆Manufacture 机械设计与制造 第 10 期 2010 年 10 月56 （3 ） 物料的最大粒度 50mm； （4 ） 一般物料的粒度 （3050 ） mm、 温度 （℃） 、 含水率、 粘度、 磨琢性及腐蚀性等未测。 1.1.2 选型要求 （1 ） 需要的输送能力； （2 ） 输送高度4。 1 2 3 4 5 6 7 8 图 1 垂直螺旋输送机 1.敞口式堆料仓 2.垂直存料仓 3.进料仓 4.螺旋叶片 5.出料口 6.联轴器 7.驱动装置 8.地坑 1.2 垂直螺旋输送机参数计算 1.2.1 螺旋直径以及螺旋轴转速计算 螺旋直径计算 D叟KQ/ψρC 2.5 姨（m ）（1 ） 式中 Q 输送能力， t/h； K 物料特性参数， 常用物料的 K 值见表 1； ψ 填充系数， 见表 1； C 倾角系数， 见表 2； 表 1 常用物料的填充、 特性、 综合系数。 表 1 常用物料的填充、 特性、 综合系数 物料力度 物料的靡 琢性 物料的典型的 例子 推荐的填 充系数 ψ 推荐的螺旋 面形式 特性系数 K 综合系数 A 粉状 无磨琢性 半磨琢性 面粉、 石灰、 石 墨纯碱 0.350.40实体螺旋面0.041575 粉状磨琢性 干炉粉、 水泥、 石膏粉、 白粉 0.250.30实体螺旋面0.056535 粒状 无磨琢性 半磨琢性 谷物、 锯木屑、 泥 煤颗粒状食盐 0.250.35实体螺旋面0.049050 粒状磨琢性 造型土、 型砂、 砂、 成粒的炉渣 0.250.30实体螺旋面0.050030 小块 a＜60mm 无磨琢性 半磨琢性 煤、 石灰石0.250.30实体螺旋面0.053740 小块 a＜60mm 磨琢性 卵石、 砂岩、 干 炉渣 0.200.30 实体螺旋面或 带式螺旋面 0.064525 中 等 及 大 块 a＜60mm 无磨琢性 半磨琢性 块煤、 块状石灰 0.200.25 实体螺旋面或 带式螺旋面 0.060030 中 等 及 大 块 a＞60mm 磨琢性 干粘土、 硫矿 石、 焦炭 0.1250.20 实体螺旋面或 带式螺旋面 0.079515 固状 粘性、 易 钻块 含水的糖、 淀粉 质的团 0.1250.20 带式螺旋面0.071020 表 2 倾角系数表 倾斜角 β0≤5≤10≤15≤20 螺旋输送机倾斜布置 时的输送量校正系数 C 1.00.90.80.70.65 取 Q2， K0.049， ψ0.6， C1， 计算得 D410mm。 垂直螺旋输送机的填充系数 ψ， 一般均取较高的值大于 0.5； D 值原整到 150、 200、 250、 300、 400、 600mm；如果输送物料的颗 粒较大时， 螺旋直径还应与输送物料的粒度维持如下关系 对于 未分选物料 D 大于等于 （810 ） 倍的物料平均粒度， 综合考虑 D 400mm。 1.2.2 螺旋轴转速计算 螺旋轴的临界转速 n1可由下式计算 n130 π tg （αβ ） g f1R1 姨 （r/min ）（2 ） 式中 n1 螺旋轴的临界转速 （r/min ） ； α 螺旋叶片的螺旋角， 推荐 α15； β 物料与螺旋表面之间的摩擦角 （ ） ； g 重力加速度， g9.81m/s2； f1 物料与外壳之间的摩擦系数； R1物料距轴中心的平均半径 （m ） 。 R1R 2 1-ψ1姨 姨姨（m ）（3 ） 式中 R 螺旋外壳内径 （m ） 。 取 α15， β60， g9.81m/s2， f10.13， R0.3， ψ0.6， R10.22， 计算得 n1341.8r/min。 螺旋轴的工作转速可由下式求得 n30 π 1 tgγ0 tgα 姨姨 sin （αβ ） g f1R1cos （αγ0β ） 姨 （4 ） 式中 n 螺旋轴的工作转速 （r/min ） ； γ0 物料运动的绝对速度与水平线间的夹角。 V α Vd VzVc γ0 图 2 螺旋速度分解图 图中 V 螺旋的圆周速度； Vd 物料与螺旋间的相对滑动速度； Vz 物料的提升速度； Vc物料的绝对速度； α螺旋叶面的螺旋角。 取 γ010计算得 n200r/min。 1.2.3 功率计算 垂直式螺旋输送机的轴功率由下式计算 P0 QH 367η（KW ） （5 ） 式中 P0 垂直螺旋输送机轴功率 （KW ） ； H输送高度 （m ） ； η 螺旋输送机效率。 取 η0.01 （见图 3 ） ， 计算得 P02.2KW。以上是按照自流式进 料方式， 且未考虑物料重量对螺旋叶片影响计算出的结果 （偏小 ） 。 第 10 期张 陈等 垂直螺旋输送机设计参数确定与优化57 0.40 0.30 0.20 0.10 0 1020304050 γ0 β5 β10 β15 β10 β20 β25 β30 β35 β40 β45 β50 η 图 3 γ0与 η 关系图 2 理论计算 2.1 摩擦力功率计算 螺旋下料部分结构简图， 如图 4 所示。 Fd D D1 15 h t 图 4 螺旋下料部分结构简图 2.1.1 压强计算 EρgH1（6 ） 式中 E 压强 （Pa ） 。 取 ρ100kg/m2， g9.8m/s2， H12m， 计算得 E1960 2.1.2 压力计算 FdES（7 ） 式中 S 受力面积 （m2） ； Fd 压力 （N ） 。 Sπ D 2 2 - D1-D 8 2 h t cosα（8 ） 式中 D1螺旋外壳直径 （ m ） ； h螺旋叶片长度 （ m ） ； t螺距 （ m ） 。 取t0.2， h1.2， D0.4， D10.6， α15， 计算得 S0.77， Fd1509。 2.1.3 扭矩计算 TFdR1tan （ατ ）（9 ） 式中 τ当量摩擦角； R1物料距轴中心的平均半径 （m） ； T 扭矩 （N.m） 。 tanτf（10 ） 式中 f 摩擦系数。 取 f＝0.1， R10.22， 计算得 T128。 2.1.4 摩擦力功率计算 ω2πn 60 （11 ） 式中 ω 角速度 （rad/s ） ； n 工作转速 （r/min ） 。 取 n200， 计算得 ω21。 P1T ω/1000（12 ） 式中 P1 摩擦力功率 （KW ） 。 计算得 P12.7。 2.2 带动自身重量功率计算 2.2.1 质量计算 mρ1 v（13 ） 式中 ρ1螺杆密度 （kg/m3） ； v螺杆体积 （m3） ； m螺杆质量 （kg ） 。 取 ρ17860kg/m3， 螺旋叶片厚度 0.03m， 计算得 m367。 2.2.2 转动惯量计算 J1 2 mR′ 2 （14 ） 式中 R′ 惯性半径 （m ） ； J转动惯量 （kg/m2） 。 惯性半径 R′0.707 m hρ1π 姨 0.08。 2.2.3 动能计算 E11 2 Jω2（15 ） 式中 E1 动能 （焦耳 ） 。 2.2.4 带动自身重量功率计算 P2 E1 3600000 （16 ） 式中 P2 带动自身重量功率 （KW ） 。 最终计算得 P20.00007 （极小， 省略 ） 。 总功率 （KW ） P0P1P22.7 （按极限状态计算， 结果偏大 ） 。 3 参数优化选择 理论计算校核比较设计结果， 优化后得到设备各选型参数如下 螺旋直径 D （mm ） 400； 垂直输送高度 L （m ） 2； 螺旋制法 S 制法 （实体螺旋面） ； 螺旋节距 tmm 200； 螺旋轴转速 n r/min 200； 电动机功率 P （KW ） 2.5。 4 结论 按上述参数设计制造的秸秆输送机已经成功应用，设备投 入使用以来运行稳定， 操作简便， 各项指标均达到设计要求。 综上 所述， 该设计方法合理、 可行， 能够为类似输送秸秆物料设备的设 计、 研发提供理论支撑。 参考文献 1 运输机械设计选用手册 （下册 ） ［ M ］ .北京化学工业出版社， 1998 2 张红洪,龙达云.垂直螺旋输送机在磷酸氢钙粉料的应用 ［J］ .煤矿机械， 2005， 15 （2 ） 3 郭克， 王晶国.螺旋输送机的选择与设计 ［J］ .林业机械， 1990 （6 ） 4 赵立新， 丁筱玲.螺旋输送机的选型设计 ［J］ .农机化研究， 2006 （9 ） 5 李整民.垂直螺旋输送机参数的分析 ［J］ .机械零部件设计， 2005 6 陈广富， 徐余伟. 饲料螺旋输送机设计参数的选择和确定 ［J］ .饲料工业， 2008， 29 （15 ） 7 李英， 潘家祯， 孔令超. 立式螺旋输送机最佳输送状态理论及计算机可 视化设计 ［ J ］ .起重运输机械， 2004 （3 ） 机械设计与制造 No.10 Oct.2010 58