螺旋給料器的設(shè)計(jì)

1、5 螺旋給料器的設(shè)計(jì)給料設(shè)備的給料精度是影響稱量精度的主要因素， 小料稱量上使用的給料設(shè)備要求能夠?qū)⒎哿暇鶆颉?定量地給進(jìn)料斗， 并要根據(jù)所稱量粉料的料量確定加料時(shí)間周期的長(zhǎng)短和加料速度大小。 所以要根據(jù)所需要的加料時(shí)間周期和加料速度設(shè)計(jì)和選用適當(dāng)?shù)慕o料設(shè)備。通常小料稱量上使用的給料設(shè)備主要有兩種形式，螺旋給料器和電磁振動(dòng)給料器。由于橡膠行業(yè)原料中的小劑量化學(xué)添加劑料性都不太好 , 并且粒度較小、 吸水性較強(qiáng)、比較粘，所以選擇螺旋給料器比較合適。 設(shè)計(jì)螺旋給料器時(shí)要根據(jù)料量的大小來選擇螺旋的直徑和螺旋的轉(zhuǎn)速。 由于小料稱量上使用的螺旋給料器與其他場(chǎng)合使用的螺旋輸送機(jī)不同，小料稱量在保證給料量和

2、給料速度的前提下，重點(diǎn)要求的是給料精度，所以本課題設(shè)計(jì)的為變螺距變直徑的雙螺旋給料器。5.1 螺旋給料器分類及結(jié)構(gòu)特征1）螺旋給料器的螺旋葉片有實(shí)體螺旋面型、帶螺旋面型及葉片螺旋面型三種。實(shí)體螺旋面成為S 制法，其螺旋節(jié)距GX 型為葉片直徑的0.8 倍，適用于輸送粉狀和粒狀物料。帶式螺旋面又稱 D 制法，其螺旋節(jié)距與螺旋葉片直徑相同，適用輸送粉狀及小塊物料。 葉片式螺旋面應(yīng)用較少， 主要用于輸送粘度較大和可壓縮性物料，輸送過程中，同時(shí)完成攪拌、混合等工序，其螺旋節(jié)距約為螺旋葉片直徑的 1.2 倍。2）螺旋給料器的螺旋葉片有左旋與右旋兩種旋向。3）螺旋給料器的類型有水平固定式螺旋給料器、垂直是螺

3、旋給料器。水平固定式螺旋給料器是最常用的一種形式。垂直式螺旋給料器用于短距離提升物料，輸送高度一般不大于8m，螺旋葉片為實(shí)體面型，它必須有水平螺旋喂料，以保證必要的進(jìn)料壓力。4）螺旋給料器物料出口端，應(yīng)設(shè)置1/21 全反向螺旋片，防止物料堵塞端部軸承。5）螺旋給料器由給料器主體、給料器護(hù)罩、破拱裝置及驅(qū)動(dòng)裝置四大部分組成。給料器主體由筒體、大小變距螺桿、大小齒輪、大小鏈輪、及蓋板組成。5.2 螺旋給料器工作原理螺旋給料器利用螺旋葉片的螺旋軸的旋轉(zhuǎn)，使物料產(chǎn)生沿螺旋面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，物料受到料槽或輸送管壁的摩擦力作用不與螺旋一起旋轉(zhuǎn)，從而使物料軸向推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)物料的輸送。該雙螺旋給料器主要用于對(duì)稱量精

4、度要求較高的小料的給料。 大、小螺旋分別由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 大螺旋的作用是加快給料速度， 小螺旋的主要作用是保證下料精度。雙螺旋給料器的給料能力取決于大螺旋設(shè)計(jì)參數(shù)。 初給料時(shí)大小螺旋同時(shí)送料，稱量過程中，當(dāng)稱重物料值達(dá)到設(shè)定稱量值的 98%時(shí)，大螺旋停止送料，小螺旋單獨(dú)將剩余物料送完。本次設(shè)計(jì)的雙螺旋給料器應(yīng)用于密煉機(jī)上輔機(jī)系統(tǒng)中的小料稱量加料系統(tǒng)。在稱量過程中， 稱量精度主要取決于雙螺旋給料器， 稱量料倉的出口與螺旋給料器的供料口直接相連。5.3 螺旋給料器結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)（ a）螺距恒定的情況（b）螺距沿卸料方向逐漸增大的情況圖 5-1 螺旋距對(duì)料倉流型的影響Fig.5-1 Impact of

5、 spiral distance to the flow of silo在本設(shè)計(jì)中，螺旋給料器結(jié)構(gòu)上有以下改進(jìn)：1）采用變螺距的螺桿進(jìn)行物料輸送， 螺距逐漸變大， 物料就不容易被壓實(shí)、結(jié)塊。由圖 5-1 中所示，在螺距恒定時(shí) 29 ，料倉的下料區(qū)域只位于螺旋軸后方，而有一部分區(qū)域?yàn)榉哿狭鲃?dòng)死區(qū)。 這樣會(huì)導(dǎo)致粉料在料斗處流動(dòng)能力變差， 部分粉料也會(huì)長(zhǎng)時(shí)間積聚于此。 為了改變粉體粉料的流動(dòng)性， 將螺桿的螺距沿沿卸料方向逐漸增大， 這樣可將料倉漏斗流改為整體流， 同時(shí)還可以有效防止氣化后的粉料從料倉中向外涌料。2）采用一個(gè)大螺桿和一個(gè)小螺桿組合形式，螺桿采用空心鋼管，螺桿外部焊接螺旋鋼片構(gòu)成的螺旋。

6、 在開始時(shí)大小螺桿同時(shí)工作， 在結(jié)束階段只有小螺桿工作，在一定程度上提高了加料的精度。3）由于粘性粉料容易成拱，為防止結(jié)拱的出現(xiàn)，增加了破拱裝置與螺旋給料器配合。在螺旋給料器的進(jìn)料端增加破拱軸， 軸上安裝有破拱拐， 利用破拱軸帶動(dòng)破拱拐轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)粉料的破拱。結(jié)構(gòu)如圖 5-2 和圖 5-3 所示。圖 5-2 破拱裝置二維示意圖Fig.5-2 2d schematic diagram of arch breaker device圖 5-3 破拱裝置三維示意圖Fig.5-3 3d schematic diagram of arch breaker device5.4 螺旋給料器主要設(shè)計(jì)參數(shù)分析與確定

7、對(duì)于螺旋給料器，其給料能力可按下式計(jì)算30：Q 47D 2S n 1（5-1）式中： Q 螺旋給料器的給料能力，t / h ；D 螺旋直徑， m；S 螺距， m；n 螺旋轉(zhuǎn)速， r / min ；1 粉料堆積密度，t / m3 ；物料填充系數(shù)。由上式可以看出，當(dāng)物料給料量Q 確定后，可以調(diào)整外徑D，螺距 S，螺旋轉(zhuǎn)速 n 和填充系數(shù)四個(gè)參數(shù)來滿足Q 的要求。雙螺旋給料器的給料能力為左右螺旋給料能力之和。5.4.1 螺旋直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算螺旋葉片直徑是螺旋給料器的重要參數(shù)， 直接關(guān)系到給料器的生產(chǎn)量和結(jié)構(gòu)尺寸。一般根據(jù)螺旋給料器生產(chǎn)能力、 輸送物料類型、 結(jié)構(gòu)和布置形式確定螺旋葉片直徑，由 5-2

8、式可得出螺旋葉片的直徑計(jì)算公式：Q(5-2)D K2.51C式中： Q 螺旋給料器的給料能力，t / h ；K 物料綜合特性系數(shù)；物料填充系數(shù)，粉料=0.40.5；1 粉料堆積密度，t / m3 ；C 傾角系數(shù)。1）大螺旋直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算初定大螺旋給料量 Q0.975t / h ，物料綜合特性系數(shù) K0.0415 ，物料填充系數(shù)0.5，粉料堆積密度1 0.35t / m3 ，螺旋給料器水平布置時(shí)傾角0 ，傾角系數(shù) C1.0。將以上數(shù)據(jù)帶入公式5-2 中得：D 0.04150.9752.50.3582.5mm0.51.0圓整后取 D130mm，大螺旋直徑如圖 5-4 所示。圖 5-4 大螺旋結(jié)構(gòu)圖

9、Fig.5-4 Structure of big helix2）小螺旋直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算初定小螺旋給料量Q0.569t / h ， K0.0415 ，0.5 ，10.35t / m3 ， C1.0 將以上數(shù)據(jù)帶入公式5-2 中得：D0.0415 2.50.56966.5mm0.350.51.0圓整后取 D70mm ，小螺旋直徑如圖5-5 所示。圖 5-5 小螺旋結(jié)構(gòu)圖Fig.5-5 Structure of small helix5.4.2 螺距 S 的設(shè)計(jì)計(jì)算螺距不僅決定著螺旋的升角，還決定著在一定填充系數(shù)下物料運(yùn)行的滑移面，所以螺距的大小直接影響著物料輸送過程。輸送量 Q 和直徑 D 一定時(shí)，

10、螺距改變，物料運(yùn)動(dòng)的滑移面隨著改變， 這將導(dǎo)致物料運(yùn)動(dòng)速度分布的變化。 螺距應(yīng)滿足下列兩個(gè)條件： 即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)系兩個(gè)條件，來確定最合理的螺距尺寸。通?？砂聪率接?jì)算螺距：S K1D(5-3)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的輸送機(jī)，通常螺距為K10.81.0 ；當(dāng)傾斜布置或輸送物料流動(dòng)性較差時(shí) K10.8 ；當(dāng)水平布置時(shí)，K10.81.0 。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同物料和不同螺距通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才能得出較為理想的結(jié)果。此處由于輸送物料流動(dòng)性較差取K10.8 ，所以大螺旋進(jìn)料端螺距取S63mm ，出料端螺距取S120mm 。如圖 5-6 所示。圖 5-6 大螺旋螺距Fig.

11、5-6 the pitch of big spiral小螺旋進(jìn)料端螺距取S34mm ，出料端螺距取 S70mm。如圖 5-7 所示。圖 5-7 小螺旋螺距Fig.5-7 the pitch of small spiral5.4.3 螺旋軸徑的設(shè)計(jì)計(jì)算螺旋軸徑的大小與螺距有關(guān)， 因?yàn)閮烧吖餐瑳Q定了螺旋葉片的升角， 也就決定了物料的滑移方向及速度分布， 所以應(yīng)從考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量的適當(dāng)分布來確定最合理的軸徑與螺距之間的關(guān)系 31。螺旋軸徑與螺距的關(guān)系應(yīng)是輸送功能與結(jié)構(gòu)的綜合， 在能夠滿足輸送要求的前提下， 應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊。由于螺旋輸送機(jī)的填充系數(shù)較低， 只要保證靠近葉片外

12、側(cè)的物料具有較大的軸向速度，且軸向速度大于圓周速度即可。此次設(shè)計(jì)的大、小螺桿由前軸頭，后軸頭，中間軸和螺旋葉片組成。大、小螺桿結(jié)構(gòu)如圖 5-10圖 5-13 所示。由于這個(gè)設(shè)備輸送的物料為小料，而且輸送的量不是很大， 所以對(duì)軸的強(qiáng)度要求不是很高， 為了節(jié)省材料以及盡量減輕設(shè)備的總重量，中間軸采用空心軸， 同時(shí)也提高了軸的抗彎剛度， 本設(shè)計(jì)采用的是無縫鋼管。由于螺旋給料器應(yīng)用在橡膠工業(yè)中， 為了防止腐蝕， 螺旋軸的材料必須選用不銹鋼。對(duì)于中間軸徑的計(jì)算，推薦的軸徑計(jì)算公式為：d=(0.20.35)D(5-4)此處大螺桿中間軸徑取d40mm ，進(jìn)料端 d130mm。如圖 5-8 所示。圖 5-8

13、大螺桿軸徑示意圖Fig.5-8 the schematic diagram of big helix blade diameter小螺桿中間軸徑取d32mm ，進(jìn)料端 d125mm。如圖 5-9 所示。圖 5-9 小螺桿軸徑示意圖Fig.5-9 the schematic diagram of small helix blade diameter圖 5-10 大螺桿二維示意圖Fig.5-10 2d schematic diagram of big helix圖 5-11 大螺桿三維示意圖Fig.5-11 3d schematic diagram of big helix圖 5-12 小螺桿二維

14、示意圖Fig.5-12 2d schematic diagram of small helix圖 5-13 小螺桿三維示意圖Fig.5-13 3d schematic diagram of small helix5.4.4 螺旋軸轉(zhuǎn)速的確定表 5-1 常用物料的參數(shù)Tab.5-1 Material parameter物料的粒物料的磨物料的典型例推薦的填充系特性系數(shù)綜合系數(shù)度著性子數(shù)KA粉狀無磨著性面粉、石墨、石0.35 0.400.041575半磨著性灰純堿粉狀磨著性干爐粉、水泥、0.25 0.300.056535石膏粉、白粉粒狀無磨著性谷物、鋸木屑、0.25 0.350.049050半磨著性

15、泥煤、顆粒狀食鹽粒狀磨著性造型土、型砂、0.25 0.300.060030砂、成粒的爐渣小塊無磨著性煤、石灰石0.250.300.053740a<60mm半磨著性小塊磨著性卵石、砂巖、干0.20 0.250.064525a<60mm爐渣中等及大無磨著性塊煤、塊狀石灰0.20 0.250.060030塊半磨著性a>60mm中等及大磨著性干粘土、硫礦0.125 0.200.079515塊石、焦炭a>60mm固狀粘性、易結(jié)含水的糖、 淀粉0.125 0.200.07120塊質(zhì)的團(tuán)螺旋軸的轉(zhuǎn)速對(duì)給料量有較大的影響。一般說來，螺旋軸轉(zhuǎn)速加快， 給料器的生產(chǎn)能力提高， 轉(zhuǎn)速過小則使

16、給料器的給料量下降。 但在滿足給料能力的條件下螺旋轉(zhuǎn)速也不宜過高，以免物料會(huì)因?yàn)殡x心力過大而向外拋，以致無法輸送。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，螺旋輸送物料的極限轉(zhuǎn)速可以由以下公式確定 32 ：nA(5-5)D式中： n 螺旋軸轉(zhuǎn)速 , r / min ；A 物料綜合特性系數(shù)，見表5-1,A 取 75。按上式計(jì)算得出的 n 值得： n89.6 r / min 。此處取 n65r / min 。5.5 螺旋給料器機(jī)筒的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)筒與螺旋軸配合使用。 加料口與機(jī)筒設(shè)計(jì)成一體， 加料口通過法蘭直接與稱量料倉相連接。加料口設(shè)計(jì)成方形，尺寸為 300 300mm。初選機(jī)筒內(nèi)徑，大螺旋內(nèi)徑為 134mm，小螺旋內(nèi)徑為 74m

17、m，料槽厚為3mm，螺旋與料槽間隙為 5mm，長(zhǎng)度為 785mm，高度 370mm。根據(jù)選用的軸承來設(shè)計(jì)機(jī)筒兩端，用以安裝套杯和軸承蓋。機(jī)筒結(jié)構(gòu)如圖5-14 和圖 5-15 所示。圖 5-14 機(jī)筒二維示意圖Fig.5-14 2d schematic diagram of barrel圖 5-15 機(jī)筒三維示意圖Fig.5-15 3d schematic diagram of barrel5.6 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的計(jì)算本次設(shè)計(jì)所選擇的電機(jī)是斜齒輪減速電機(jī)。 它的安裝方式是法蘭安裝， 也就是電機(jī)直接跟輸送機(jī)通過法蘭連接，而不是與地連接。螺旋給料器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率一般按照下式進(jìn)行計(jì)算:Q L WP(5-

18、6)3 6 7式中： P 電機(jī)功率， KW ；Q 螺旋給料器的給料能力，kg / mim ；L 螺旋給料器長(zhǎng)度，mm；W 阻力系數(shù)，一般取1.5 4.0；傳動(dòng)效率，一般取0.35 0.57。1）大螺旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇已知 Q0.975t / h=16.25kg/min ， L785mm ，此處取 W 為 3，為 0.4。將以上數(shù)據(jù)帶入公式5-6 得：PQLW16.25785 33673670.26KW0.42）小螺旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇已知 Q0.569 t / h9.48kg / min ， L785mm ，W3 ，0.4 。將以上數(shù)據(jù)帶入公式 5-6 得：QLW9.48785 3P3670.15

19、KW3670.4考慮到密封對(duì)軸的摩擦和軸承的摩擦， 以及由于軸兩端加工精度不同而造成的附加阻力， 要適當(dāng)?shù)募哟篁?qū)動(dòng)電機(jī)的功率。 在一些工廠使用中， 實(shí)際軸功率要比理論計(jì)算功率大34 倍。綜合考慮實(shí)際選用的電機(jī)功率為：大電機(jī)的功率為1.1KW ；小電機(jī)的功率為0.55KW。5.7 其它裝置的選用5.7.1 軸承的選用軸承的布置形式的設(shè)計(jì)， 主要應(yīng)使受力合理， 應(yīng)盡量使數(shù)值很大的軸向力影響范圍減少，最好是使該軸向力在為數(shù)不多的幾個(gè)零件的范圍內(nèi)組成力的封閉系統(tǒng)。其次還要考慮軸承的安裝、維修及潤(rùn)滑等條件。本課題螺桿進(jìn)料端和破拱軸兩端選用帶座外球面軸承 UCFL 系列，如圖 5-16 所示。帶座外球面軸

20、承由外球面軸承和軸承座組成。 具有一定的調(diào)心性， 易于安裝，具有雙重結(jié)構(gòu)的密封裝置， 可以在惡劣的環(huán)境下工作。 軸承座一般是采用鑄造成型。在使用時(shí)，不必另外設(shè)計(jì)軸承箱，尺寸大小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可直接用螺栓安裝在主機(jī)設(shè)計(jì)部位上，使用方便。軸承座為整體結(jié)構(gòu)，承載能力大，剛性好，軸承與軸承座可以互換， 即同一軸承可以選配各種類型的軸承座。 帶座外球面軸承具有良好的旋轉(zhuǎn)精度， 可方便地再潤(rùn)滑。 游隙較相同尺寸的深溝球軸承大， 因而溫差對(duì)其精度影響較小。圖 5-16 UCFL 軸承Fig.5-16 UCFLbearing5.7.2 防護(hù)與密封裝置的選用在螺旋給料器的運(yùn)行中， 由于所處的工作環(huán)境的影響， 可能會(huì)對(duì)螺旋給料器的外部設(shè)備有一定的損害， 所以我們要對(duì)螺旋給料器進(jìn)行一定的防護(hù)。 通過增加防護(hù)罩，就可以較好的較低成本的做到這一點(diǎn)。結(jié)構(gòu)如圖5-17 和 5-18 所示。圖 5-17 螺旋給料器防護(hù)罩二維示意圖Fig.5-17 2d schematic diagram of the screw conveyor shields圖 5-18 螺旋給料器防護(hù)罩三維示意圖Fig.5-18 3d schematic diagram of the screw conveyor shields在輸送物料的過程中， 物料容易沖出料槽。 故在軸承座和密