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螺旋輸送機變螺旋麵升角設計及原理探析

[發布日期:2018-05-13 17:48:00 瀏覽量:339 文章來源:http://www.3392999.com]

    螺旋輸送機在輸送物料過程中,其螺旋麵升角不變時,物料輸送的軸向速度在螺旋葉片軸處較小,在螺旋葉片頂部較大,即在徑向方向軸向速度存在速度差,物料輸送時產生相對運動的摩擦損失。數學建模論證表明,螺旋麵升角在32°~36°範圍內變動時,可使軸向速度沿螺旋葉片徑向方向恒定,避免了速度差產生的摩擦損失,使軸向速度分布更加合理,物料運行阻力有所減小,螺旋輸送機運行效率有所提高。

    螺旋輸送機主要用於輸送各種粉狀、粒狀、小塊狀物料,所輸送的散粒物料如水泥、粘土、沙子、煤炭和機械等行業,用於輸送散粒物料。對其關鍵部件的結構設計,是降低能耗、提高效率所 關注的問題之一。


螺旋輸送機在物料輸送過程中所消耗的能量有[2]:


①輸送物料時沿螺旋葉片徑向方向 的軸向速度差所產生的能量消耗;


②物料內部各顆 粒相互間的摩擦(攪拌和破碎)所引起的能量消耗;


③物料在輸送時對槽壁和螺旋麵的摩擦所引起的能 量消耗;


④物料提升高度時所需的能量消耗;


⑤物料沿槽運動時在軸承處產生的能量消耗。筆者從降低 能耗角度出發,分析了螺旋輸送機螺旋麵升角a的變 化規律,探討了在輸送物料時沿螺旋葉片徑向方向不產生軸向速度差的可能性,對降低螺旋輸送機運行功 率[3]、提高效率有一定的理論意義。 


1 螺旋輸送機工作原理


螺旋輸送機由帶有螺旋葉片的傳動軸在一封閉的弧形槽內旋轉,物料受到螺旋葉片法向推力的作用,因其徑向分力和葉片對物料的摩擦力,有可能帶著物 料繞軸轉動,但由於物料自身質量及對弧形槽的摩擦力的共同作用,才不致於與螺旋葉片一起旋轉,而是 在葉片法向推力的軸向分力作用下,沿著弧形槽軸向 移動,如圖1所示。 


1. 首端軸承 2. 螺旋軸 3. 螺旋葉片 4. 末端軸承

圖 1 螺旋輸送機結構示意


2 物料的運動分析


當螺旋麵的升角a在展開狀態時,螺旋線用一條 斜直線表示,則旋轉螺旋麵作用於半徑r(離螺旋軸線 之距離)處,物料顆粒A在力P的作用下,在料槽中 進行著一個複合運動,即具有圓周速度v圓和軸向速 度v軸,其合成速度為v合[4],由圖2可得 v合cosr=ABsina, 


3定螺旋麵升角物料運動特點


將式(1)、(2)按螺旋麵升角a不變條件下推導得 物料顆粒的軸向輸送速度 式中:s為螺旋的螺距,m;n為螺旋轉速,r/min;m麵 為物料與螺旋麵的摩擦因數,m麵=tanr。 由式(3)、(4)繪製速度v軸、v圓隨半徑的變化曲 線,如圖3所示。 由圖3可知,螺旋葉片斷麵的速度分布特點有: 


(1)物料輸送的圓周速度v圓內大外小,軸向速度 v軸內小外大; 


(2)在螺旋葉片頂部,v軸>v圓。 (3)在螺旋葉片軸處,v軸<v圓。


4 變螺旋麵升角物料運動特點 


4.1軸向運動速度分析 將式(1)按螺旋麵升角a變化條件下推導得物料 顆粒的軸向輸送速度為了使物料沿軸向輸送時,其徑向方向不產生速 度差,以避免物料間的摩擦損失,要求v軸=c′,即r[sin2a-m(1-cos2a)]=c,令 f(a)軸=sin2a-m(1-cos2a)。 


(1)當r為最小時,f(a)軸應為最大值,對f(a)求 極值,有f′(a)=2cos2a-2msin2a=0,取m=0.5,則2a=63.4°,a≈32°。 


(2)當r為最大時,f(a)軸應為最小值。f(a)軸極 限最小值為零,不能為負值,即2a=126.8°,a≈63°。 計算f(a)軸的變化規律,如表1所列。 表1 f(a)軸變化規律 由表1可以看出,螺旋麵升角a在32°~63°範 圍內,變螺旋麵升角函數f(a)軸逐漸減少,在螺旋葉 片軸處達到最大,在螺旋葉片頂部達到最小。f(a)軸 的這種變化規律可使軸向速度v軸沿螺旋葉片徑向方 向恒定。 


4.2 圓周運動速度分析同樣,將式(2)按螺旋麵升角a變化條件下推導 得物料顆粒的圓周速度v圓=v合sin(a+r)=2πrn/60 =(2πrn/60)[(1-cos2a)+msin2a]令f(a)圓=(1-cos2a)+msin2a,計算f(a)圓變 化規律,如表2所列。表2 f(a)圓變化規律由上述分析可知,螺旋麵升角a在32°~63°範 圍內,變螺旋麵升角函數f(a)圓逐漸增加,即圓周速 度v圓沿螺旋葉片徑向方向增加。 


5 結論


(1)螺旋麵升角a不變時,物料輸送的軸向速度 v軸在螺旋葉片軸處較小,在螺旋葉片頂部較大,即 在徑向方向軸向速度存在速度差,物料輸送時必然產 生摩擦損失。 (2)螺旋麵升角a在32°~63°範圍內變動時,可 使軸向速度v軸沿螺旋葉片徑向方向恒定,物料輸送 時避免了速度差產生的摩擦損失,使其軸向速度分布 更加合理,物料運行阻力更小;而圓周速度v圓沿螺 旋葉片徑向方向由內向外增加,有可能帶著物料繞軸 轉動,但在物料自身質量及對弧形槽的摩擦力的共同作用下,其效果是不旋轉。