螺旋输送机螺距优化设计.pdf

螺旋输送机螺距优化设计螺旋输送机螺距优化设计 姚茂河1,易怀安2（1怀化职业技术学院 湖南 怀化 418000；2.怀化学院，湖南 怀化 418000）摘要摘要:针对现有螺旋输送机设计存在的不足，从速度分析入手，应用数学方法，推导出生产效率最高的螺距计算公式，为螺旋输送机的优化设计提供理论依据。关键词：关键词：绞龙；螺距；摩擦；效率 引言 引言 螺旋输送机俗称“绞龙”，可用于输送粉状、颗粒状、小块状等物料。其结构简单，体积小，工作可靠，密闭性好。在建材、化工、冶金、煤炭、轻工、农机、粮食储藏、饲料及食品加工等行业均有应用。螺旋输送机的结构主要由绞龙轴、叶片、筒体三部分组成。根据使用场合不同，其结构形状也有所不同。用于输送、装料的绞龙一般为圆柱形状，螺距都相等。这种绞龙轴与叶片一般分别制造，然后通过焊接或其它连接。绞龙叶片有完整的，有不完整的，还有片状的。筒体多为圆柱形，也有半圆柱槽形的。食品加工中的绞龙有圆锥形，变螺距的，具有挤压作用。本文主要研究食用菌培养基装袋用的绞龙，其结构为圆柱形，等螺距。水平放置，用于灌装粉状湿料。主要设计参数有外经 D、轴径 d 和螺距 S（见图 1）。设计时，外径 D 可根据使用要求确定。轴径 d 的大小与多种因素有关，轴径太小，对输送不利，还会增加叶片的制造难度。轴径太大，显得笨重，结构不紧凑。文献2推荐取 d=(0.20.35)D。螺距 S 可根据生产效率确定，在转速一定的条件下，一般说来，螺距越小，效率越低。但螺距增大到一定程度后，效率不会再随螺距的增大而提高，反而会降低。文献1和2推荐取 S=(0.81)D。文献3推荐取 S=(0.71)D。但具体的取值，没有明确的依据。本文就针对这一课题进行探讨。1 速度分析 1 速度分析 在绞龙的作用下，物料输送过程中，既有沿轴向的直线运动，又有绕轴线的旋转运动。速度分析如图 1 所示。1.1 理想输送速度 v 1.1 理想输送速度 v v=nS/60 (1)式中：S绞龙螺距。n绞龙转速（r/min）。图 1 搅龙输送速度分析 1.2 垂直于螺旋叶片的理论速度 1.2 垂直于螺旋叶片的理论速度 v=v.cos=(nS/60)cos (2)式中：螺旋升角 由图 2 可知，与 r 之间的关系为 tan=S/(2r)r螺旋叶片上任意一点所在的圆周半径。图 2 螺旋升角与半径 1.3 考虑摩擦后的物料输送速度考虑摩擦后的物料输送速度 由于螺旋叶片在旋转中推动物料时，物料与叶片间有摩擦，其输送力和输送速度受摩擦角的影响。因此，考虑摩擦后叶片推动物料的速度（见图 1）为 v=v/cos=(nScos)/(60cos)(3)则物料实际输送速度（轴向速度）为 vf=vcos(+)(4)利用三角函数并将(3)式代入(2)式，可以解得 vf=(nS/60)cos2(1-f tan)(5)式中：f 物料与螺旋叶片之间的摩擦系数，f=tan。2 物料输送量（流量）2 物料输送量（流量）在螺旋输送器中，物料输送量 Q 为单位时间内物料在叶片推动下输出的物料。如图 3 所示。流量的表达式为=AfddAKQ （6）式中：Kd充满系数，由物料确定。这里取Kd=1 进行计算。物料的密度。图 3 搅龙截面微分图 因为 dA=r dr d，忽略叶片厚度时=2/2/220)tan1(cos60DdrdrfdnSQ （7）解得：)(tan)(tan2)(2)ln()(24011322222223222SdSDfSdDfSSdSDSdDSnQ+=（8）3 最佳螺距最佳螺距 上式（8）中，将 S 作为自变量，对其进行求导。当0)(0=SfQ时，Q 有极限值（验算为极大值）。这时的螺距 S0就是我们要寻求的最佳值。令 QnS240)(=，)(Sy=则 )(240SnQ=当0=Q时，0)(=S。所以，只要求出)(Sy=表达式，即可求得 S0.)(Sy=)(tan)(tan2)(2)ln()(11322222223222+SdSDfSdDfSSdSDSdDS=)ln(3)(tan)(tan6)(2222222112222222SdSDSdSDfSDSfDSdSfdSS+4)()(fSdDdD+（9）用近似解法，可求得y=0时的S值，该S值便是最佳螺距S0。上式用计算机编程计算，输入已知参数D、d、f后，可以立即得到结果，例如下表所示。表1 螺距计算举例 序号 绞龙直径 D 轴径 d 摩擦系数 f 最佳螺距 S0 1 74 20 0.6 92.6 2 74 20 0.8 77.2 3 74 20 1 65.5 4 74 20 1.2 56.6 5 74 20 1.7 41.7 6 74 25 1 67.5 7 40 12 1 35.9 8 60 16 1 53.1 9 100 25 1 87.9 10 100 30 1 89.7 4 结论结论 由以上分析计算可知，当绞龙外径和轴径确定后，合理的绞龙螺距值与输送物料的摩擦系数有关。对于摩擦系数较大的物料，粗略设计取SD；摩擦系数小的物料，可取SD。但是，考虑到绞龙的工作状况和叶片的制造工艺等因素，通常最大只取S=D。这样的分析结果与参考文献的观点基本一致。而本文导出的公式可用于精确计算。设计时，先测得摩擦系数，然后按（9）式计算得到最佳值。但也不能绝对化，还应综合考虑其他因素的影响。比如当摩擦系数很小或很大，计算所得S值与D相差太远时，应作适当调整。尤其对于摩擦系数小，密度大的物料，计算所得S值大于D时，可取SD。只有综合考虑各种因素，才能使设计更合理。参 考 文 献 参 考 文 献 1 胡勇克,戴莉莉,皮亚南.螺旋输送器的原理与设计J.南昌大学学报(工科版)，2000,22(4)：2933,91.2 徐余伟.螺旋输送机设计参数选择J.砖瓦世界，2008(7)：3237.3 王庆安.电收尘下料螺旋输送机设计计算及结构设计J.有色设备,2008(6)：1216.4 中国机械工业联合会.JB/T 7679-2008 螺旋输送机S.北京：机械工业出版社，2008.本文发表于：机械研究与应用2011 年第 5 期