LS型螺旋输送机的设计

毕业设计(论文)LS螺旋输送机设计THE DESIGN OF LS SPIRAL CONVEYER 学生姓名学院名称专业名称指导教师20*年5月27日 徐州工程学院毕业设计(论文)摘要LS型螺旋输送机是采用国际标准产品,等效采用ISO1050-75标准,设计制造符合ZBJ1005.1-2-88专业标准。LS型螺旋输送机的应用范围：LS螺旋输送机被广泛运用于各种行业，如建材、化工、煤矿碳、粮食等行业.它多适用于水平或倾斜输送粉状、粒状和小块状物料，如煤矿、面粉、水泥、化肥、沙子等，输送物料温度一般为2080，并且当输送机倾斜输送时倾斜角度一般低于15。这次设计，我通过查阅了相关书籍资料，了解其结构后确定了其驱动方式为单端驱动。通过假定输送物料为面粉进行相关数据的分析确定了输送机相关部分的尺寸，进而画出图纸，完成本次设计。LS螺旋输送机由驱动装置、螺旋体、机槽、机架和轴承组成。驱动装置包括电机和减速器。螺旋体由轴和叶片组成。机槽由几节连接而成。轴承含有3种：头部轴承、中间轴承和尾部轴承。关键词 LS螺旋输送机 螺旋体 物料AbstractThe LS spiral conveyer uses the international standard product, equivalent uses the ISO1050-75 standard, the design manufacture conforms to the ZBJ1005.1-2-88 specialized standard. LS spiral conveyers application scope: LS spiral conveyer is widely used in each Industry sector, such as building materials, chemical industry, coal, and grain and food profession. It is usually used to level or tilt transport powdery, granular and small massive material, like coal, flour, cement, fertilizer, and sand. The material temperature is usually from -20 to 80, and when the spiral is tilt transporting, its angle is always little than 15.This design, through searching related books and information; I know its structure and define its drive style-single-ended drive. Through assuming that the material is flour and analyzing its date, I define its size which related to the analysis, and then, draw the blueprint and finish this design.The LS spiral conveyer is made up by drive device, spirochete, machine chamfer, frame and bearing. Driving device includes motor and reducer. Spirochetes formed by the shaft and blade. Bearing has 3 kinds- head bearing, intermediate bearing and tail bearing.Keywords LS spiral conveyer Spirochete Material目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 引言11.2 LS型螺旋输送机的特点11.3 LS型螺旋输送机的应用范围12 LS螺旋输送机主要构件的设计和选用32.1 LS螺旋输送机的一般结构32.2驱动装置32.2.1电机的选用42.2.2减速器的选用42.2.3联轴器的选用42.3 LS螺旋输送机的主要构件62.3.1螺旋体62.3.2轴承102.3.3机槽123 LS螺旋输送机的工作过程分析153.1物料的运动分析和叶片的设计153.1.1 物料的运动分析153.1.2叶片的设计184 LS螺旋输送机的相关设计计算214.1输送量计算214.2 螺旋输送机驱动功率214.2.1 物料运行时所需功率214.2.2螺旋输送机空载转动的驱动功率224.3 电动机功率224.4轴的校核224.5联轴器选用的校核244.6螺旋体转速的校核245 LS螺旋输送机总体尺寸设计255.1 输送机外形及安装尺寸255.2 长度与组合265.3 附件尺寸275.3.1进料口275.3.2出料口28结论29致谢30参考文献31321 绪论1.1 引言螺旋输送机俗称“绞龙”，是一种无挠性牵引构件的连续输送设备，它借助旋转螺旋输送叶片的推力将物料沿着机槽进行输送。螺旋输送机被广泛地使用在各种工业部门，如建材、电力、化工、冶金、煤炭、机械、轻工、粮食及食品行业。1.2 LS型螺旋输送机的特点 LS型螺旋输送机是采用国际标准产品,等效采用ISO1050-75标准,设计制造符合ZBJ1005.1-2-88专业标准。其技术指标先进，结构新颖，是我国九十年代替代GX型螺旋输送机的换代产品。LS型螺旋输送机与GX型相比，其头部、尾部轴承移至壳体外，吊轴承采用滚动，滑轮轴承互换结构，并设防尘密封装置，密封件用尼龙塑料，因而其密封性好，耐磨性强，阻力小，寿命长。滑动轴瓦有需加润滑剂的铸铜瓦，合金而磨铸铁瓦和铜基石墨少油润滑瓦，出料端设有清扫装置，整机噪声低，适应性强，操作维修方便，进出料口位置布置灵活。工业用LS螺旋输送机具有以下特点：1. 结构比较简单，成本较低。2. 工作可靠，维护管理简便。3. 尺寸紧凑，断面尺寸小，占地面积小。4. 能实现密封输送，有利于输送易飞扬的炽热的及气味强烈的物料可减小对环境的污染。5. 装载卸载方便。水平螺旋输送机可在其输送路上的任一点装载卸载；对垂直螺旋输送机配置相对旋转式取料装置可具有优良的取料性能；6. 能逆向输送，也可以使一台输送机同时向两个方向输送物料，即集向中心或远离中心。7. 单位能消耗较大。8. 物料在运输过程中易于研碎及磨损，螺旋叶片和料槽的磨损也较为严重。1.3 LS型螺旋输送机的应用范围螺旋机被广泛地使用在各种工业部门，如建材、电力、化工、冶金、煤炭、机械、轻工、粮食及食品行业。LS螺旋输送机对输送物料的要求，粉状、粒状和小块状物料，如：水泥、煤粉、粮食、化肥、灰渣、砂子等，物料温度不得超过200，螺旋机不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。因为这些物料在输送时会粘结在一螺旋上，并随之旋转而不向前移动，或者在吊轴承处形成物料的积塞而使螺旋机不能正常工作。LS螺旋机的工作环境应在-2050之间，允许稍微倾斜使用，最大倾角不得超过20。2 LS螺旋输送机主要构件的设计和选用2.1 LS螺旋输送机的一般结构LS螺旋输送机的一般结构如图1-1所示。它是由驱动装置、头节、标准节、选配节、尾节组成。驱动装置由电机和减速器组成。电机由后文的计算部分确定确定其功率转速确定型号。减速器通过定传动比选择型号。头节、标准节、选配节和尾节主体部分都差不多，都包含有机槽和螺旋体。不同之处在于：头节包含有一段前轴和首端轴承，机壳上开有卸料口；标准节和选配节结构大致相同，主要是尺寸不同且含有特有的悬挂轴承（吊轴承）；尾节包含有一段尾轴和尾部轴承，机壳上开有进料口。螺旋输送机工作时，物料由进料口进入料槽，在旋转螺旋叶片的推动下，沿着料槽作轴向移动，直到卸料口排出。图1-1 LS螺旋输送机的一般结构1.驱动装置 2.头节3.标准节 4.选配节 5.尾节2.2驱动装置螺旋输送机的驱动是一种典型的恒转矩负载，而且不可以避免地要带负荷启动和制动。电动机的起动特性与负载的的起动要求不相适应在螺旋输送机上比较突出，一方面为了保证必要的起动力矩，电机起动时的电流要比额定运行时的电流大6-7倍，要保证电动机不因电流的冲击过热而烧坏，电网不因大电流使电压过分降低，这就要求电动机的起动尽量快，即提高转子的加速度，使起动过程不超过3-5s。在连续运行系统中的螺旋输送机，由于整个系统的连续作业，且自动化的程度很高，任何一个部位发生故障都会影响整个系统的正常运转，所以，这种场合使用的输送机还应该具备较大的储备功率。驱动装置是整个螺旋输送机的动力来源，它由电动机，减速器和联轴器组成。2.2.1电机的选用螺旋输送机的驱动一般选用电动机，电动机已经系列化，通常有专门的工厂按标准系列成批或大批量生产。机械设计中一般根据工作载荷、工作要求、工作环境、安装要求以及尺寸、重量有无特殊要求等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构型式、容量和转速，确定具体的型号。电动机额定转速根据生产机械的要求而选定，一般情况下电动机的转速不低于500r/min，因为功率一定时，电动机的转速低，其尺寸就愈大，价格愈贵，而效率低。若电动机的转速高，则极对数少，尺寸和重量小，价格也较低。具体选用通过下文计算后选择。2.2.2减速器的选用减速器是一种有封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机器中应用很广。减速器的分类很多，主要有圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器等，按其安装方式有轴装式减速器、组装式减速器、联体式减速器等等。由于使用的广泛，很多减速器已经标准化。联体式减速器是一类由电动机和减速器相联而组成的独立部件，因其结构紧凑、占空间较小、费用较分离的便宜，故受广大用户的欢迎。这类减速器的品种也有很多，有齿轮减速器、蜗杆减速器、齿轮蜗杆减速器等，有单级也有多级。考虑到输送机搬运以及安装的方便性，综合各个因素决定选用联体式减速器减速器。根据电动机的要求跟减速器输出轴的要求，以及所能承受的转矩来确定型号。2.2.3联轴器的选用联轴器是机械传动中常用的部件。它用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离一同回转并传递转矩的一种部件；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。联轴器已经是标准件，使用时可以根据国家标准以及使用时的要求选择合适的联轴器。联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。所以在减速器与螺旋轴之间的联接选用十字联轴器，十字滑块联轴器由两个端面上开有凹槽的半联轴器和一个两面带有凸牙的中间盘所组成。因凸牙可在凹槽中滑动，故可以补偿安装及运转时两轴间的相对位移。这种联轴器零件材料可用45钢，工作表面须进行热处理，以提高其硬度；要求较低时也可用Q275钢，不进行热处理。为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间盘的油孔中注油进行润滑。由于输送机的工作过程中有震动，且安装时的精度不是很高，所以根据情况选择十字滑块联轴器。根据输出轴的轴径，以及转矩的要求选择的联轴器型号为：（JB/T 5901-1991 ）WSD7型十字联轴器。其公称转矩为560N.M。LS型螺旋输送机的驱动装置有五种形式：第一种为TY型驱动装置，由TY型同轴式硬齿面减速器和弹性柱销联轴器构成，功率范围为0.5545kw；第二种为YZ型驱动装置，由ZSY型减速器，Y系列电动机，弹性柱销联轴器和底座构成，最适用于LS630LS1250螺旋输送机，功率范围为7.575kw，YZ驱动装置有I型（右装）和II型（左装）两种装配形式；第三种为YJ型驱动装置，有Y系列电动机与ZQ型减速器组成；第四种为YTC型驱动装置，由YTC型同轴式齿轮减速器与Y系列电动机组成；第五种为行星摆线减速器。本课题初步拟定ls400螺旋输送机采用第一种TY型驱动装置。LS螺旋输送机的驱动方式有两种：单端驱动和双端驱动，为了设计方便我们采用单端驱动。2.3 LS螺旋输送机的主要构件2.3.1螺旋体螺旋体是传输物料的主要部件，它是由螺旋轴和螺旋叶片组成。1 螺旋叶片 根据输送工艺的要求，螺旋叶片有多种形式，常用的有满面式、带式、齿式、和桨式四种。如图2-1所示图2-1a所示为满面式螺旋叶片。螺旋叶片的一边紧贴在轴上，形成完整的螺旋面。这种叶片的构造简单，输送能力强，适宜输送散落性较好的、干燥的颗粒状或粉状物料，是使用最广泛的叶片形式。最常用的螺旋叶片为正螺旋面（又称直母线螺旋面）。正螺旋面的母线是一条垂直于螺旋轴的直线。当该直线绕轴线作均匀转动且沿轴向作匀速直线运动时，所形成的曲面为等距正螺旋面。若该直线沿轴向变速移动，所形成的曲面为变距螺旋面。当母线与轴线不垂直时所形成的螺旋面称为非正螺旋面（又称弯曲母线螺旋面）。采用母线为曲线的螺旋叶片可以提高螺旋输送机的输送效率，但是由于此种叶片难以制作，因而很少采用。图2-1b所示为带式螺旋叶片。螺旋叶片的一边通过杆件与轴相连，形成带式的螺旋面。这种叶片适宜输送小块状的或粘滞性的物料。由于粘性物料易于粘附在实面螺旋叶片及轴上，而带状叶片和轴之间留有空间，因此可避免物料粘附和堆积。这种叶片对物料有较强的搅拌作用，但生产率较低。图2-1螺旋面的形状(a)满面式 (b)带式 (c)浆式 (d)齿式满面式螺旋叶片构造简单，输送能力强，适宜输送散落性较好的、干燥的颗粒状或粉状物料，是使用最广泛的叶片形式。初步选用满面式螺旋叶片。根据原始数据D=400mm，则初步计算螺旋轴直径 式（2-1）取系数为0.2，计算得d=80mm.螺旋叶片的螺距s可根据输送机的布置形式、输送物料的特性以及螺旋直径来选取，通常采用推荐的标准值。当采用标准螺旋直径时， 式（2-2）因此，螺距s可写成通式s=k D。取k=0.8，计算得s=320mm螺旋叶片上任一点的法线与螺旋轴线的夹角称该点的螺旋升角。螺旋升角由下式确定。 式（2-3）式中：s螺距（m）D1该点所在螺旋线的直径（m）所以，螺旋叶片的外侧升角外和内侧升角内分别为14.3和51.8。因为Dd，故内外，即螺旋叶片的外侧升角外最小，内侧升角内最大。图2-2是满面式螺旋叶片的展开图。图2-2 满叶式螺旋叶片的近视展开图根据螺旋叶片在转动轴上盘绕方向的不同，可将螺旋叶片分为左旋和右旋两种。螺旋旋向一般有6种，如2-3图所示。面对螺旋叶片，如果螺旋叶片的边缘顺右臂倾斜则为右螺旋，顺左臂倾斜则为左螺旋。物料的输送方向是由螺旋叶片的旋向及转动轴的旋转方向来决定的。如果在同一轴上盘绕有两种旋向的螺旋叶片，可同时进行两个方向的物料输送。图2-3水平螺旋输送机的布置形式在工业上螺旋输送机的螺旋叶片通常采用厚度为2mm12mm的35号及45号钢制成。在使用过程中，螺旋叶片尤其是叶片的外缘磨损较快，为了增加叶片的耐磨性，可对其进行热处理，使叶片表面硬化。螺旋输送体的形成通常是先用钢板制成分段螺旋叶片，再将分段的螺旋叶片彼此对焊在一起，并将其焊接固定在螺旋轴上，即组成螺旋体。螺旋体的制作方法主要有以下几种。缠绕成形法：将带钢缠绕在螺旋形模具的空隙内强制成形。缠绕时叶片外缘容易产生裂纹，叶片横截面容易发生弯曲，而且每种规格的叶片都要有专用的模具。冷轧成形法：将带钢通过冷轧机上一对锥形轧辊的辗压，形成连续多圈的环状件，再令其通过螺旋分导装置，则成为具有左（右）旋向并有一定螺距的螺旋叶片。这种方法制作的叶片其根部较厚，外边缘较薄。拉制成形法：先将钢板冲裁成带缺口发平面圆环，再经过冲压或锤锻加工成一定螺距的螺旋叶片，然后将若干个这样的螺旋叶片焊接或铆接的、成一串连续的螺旋面。用此方法生产的螺旋叶片整体厚度相同，但制造效率低而劳动强度较大。根据实际需求，螺旋叶片我们采用左旋方式，叶片采用厚度为6mm的45号钢制成。在使用过程中，因叶片的外缘磨损较快，为了增加叶片的耐磨性，对螺旋叶片进行热处理。2 螺旋轴螺旋输送机的轴一般采用空心轴（钢管）制成。这是因为轴体承受相同扭矩的情况下，空心轴所需的材料和重量都要比实心轴节省，且相互之间的连接也较方便。为了便于制造和装配，螺旋体一般制成24m长的节段，使用时将各节段连接起来。在轴与轴的连接处和安装轴承处需使用一小段实心轴，其联接方法如2-4图所示。即在联接处将实心轴伸入空心轴内，再在空心轴外面套一段长约150mm的套筒，然后再用螺栓按相互垂直方向对穿套筒与两轴紧固。当采用此种联结时，螺旋叶片应与套筒连接在一起。另一种联结方法是将实心轴伸入空心轴内，再用几只相适应的螺钉或销钉固定。此种方法主要用于快速螺旋输送机螺旋轴的连接。图2-4螺旋输送轴的联接1.实心轴2.空心轴3.联轴器4.螺栓螺旋轴的直径d与所传递的扭矩有关。单纯输送砾石或面粉等颗粒物时一般采用满面式螺旋叶片的输送机，其螺旋轴的直径常根据下述关系式确定 式（2-4）式中，D螺旋直径（mm）。当螺旋直径D较大时应取该范围的下限，反之取该范围的上限，但选用后仍应对轴的强度进行校核。几种常用螺旋轴的系列尺寸见下表2-1表2-1 LS螺旋输送机螺旋体与螺旋轴的系列尺寸螺旋体直径D(mm)100160200250315400500螺旋轴直径d(mm)303642486070100在正常情况下冷轧钢的轴是可以满足的；当输送有腐蚀性或污染的物料也可采用不锈钢轴。输送机采用无润滑的铁制悬挂轴承时要用淬火的联结轴。而表面淬火的悬挂轴承要求配用表面淬火的轴。根据介绍，我们设计的螺旋输送机的轴材料选用45号钢，采用空心轴（钢管）制成，这样轴体承受相同扭矩的情况下，空心轴所需的材料和重量都要比实心轴节省，且相互之间的连接也较方便。为了便于制造和装配，螺旋体选用三段3m长的节段，使用时将各节段连接起来。在轴与轴的连接处和安装轴承处需使用一小段实心轴，其联接方法如2-4图所示。2.3.2轴承螺旋输送机的轴承根据其安装位置和作用，可分为头部轴承、尾部轴承和中间悬挂轴承三种。头部轴承又称首端轴承，位于输送机的驱动端（卸料端）。头部轴承除了承受径向载荷外，还要承受轴向载荷，因此该端采用止推轴承。这样的布置可使螺旋轴承受拉力，其工作条件比承受压力好。因为轴向压力会使螺旋轴受压而发生挠曲。头部轴承的结构如2-5图所示。螺旋加料机和某些短的螺旋输送机也可采用加料端驱动，此时螺旋处于受压状态。 图2-5头部轴承 尾部轴承又称末端轴承，通常采用双列向心球面轴承，主要承受径向载荷和少量的轴向载荷。头部和尾部轴承常用凸缘安装式，轴承装于壳体两端的端盖外侧，以便检修和更换。尾部轴承的结构如图2-6所示。图2-6 尾部轴承对于长度在3m以上的螺旋输送机，为了避免螺旋轴受力弯曲，每隔2m左右应设置一中间悬挂轴承（吊轴承）。由于螺旋叶片在悬挂轴承处必须断开，为了防止物料在此处堵塞，悬挂轴承的断面尺寸和长度尺寸都应尽量小。悬挂轴承一般采用滑动轴承，其轴衬由青铜、减磨铸铁、青铜及巴氏合金、硬质合金及硬铁、油浸木材或其他耐磨 材料制成。在某些情况下，也可采用滚动轴承进行可靠的密封。在各种情形中，轴承都要装设润滑油杯以进行润滑。悬挂轴承的结构如2-7图所示.图2-7 滑动轴承在设计时中间悬挂轴承时我们选用滑动轴承。悬挂轴承安装在机槽两侧壁上缘的角钢上，通过螺栓及两个螺母并紧。悬挂轴承座在支承角钢上应可以纵向移动，保持浮动状态，不得使悬挂轴承座固定在支承角钢上。当输送磨磋性较大的物料时，接近中间悬挂轴承处的螺旋面承受的推力较大，所以应将该部分的螺旋面加厚。很多情况下都要求对霎时间头部和尾部设置轴的防尘密封。采用密封压盖及槽体端部密封来防止槽体里的粉尘进入轴承或防止水分沿轴进入槽内。采用密封的滑动悬挂轴承，轴盖上有防尘密封结构，常用在不易加油，不加油或油对物料有污染的地方，具有密封效果好，寿命长等特点。2.3.3机槽螺旋输送机的机槽主要有U字型和圆筒型两种。图2-8所示是水平螺旋输送机机槽的形式。带有角钢法兰的截面为U字型的钢制螺旋槽体是最常用的，U字型机槽一般用210mm的薄钢板制成，其两侧壁垂直，底部呈半圆形，两侧壁的上端边沿焊有纵向角钢，用以固定盖板及增强机槽的刚性，同时也用以固定悬挂轴承。机槽半圆的内径应大于螺旋叶片的半径，使其形成48mm的间隙。为了便于制造和安装，每节机槽长约24m，节边用角钢加固并做成法兰边，以便用螺栓连接。机槽总长度超过3.5m时，为了避免其弯曲下垂，应每隔23m设置一支架承托。图2-8螺旋输送机机槽形式(a)角钢法兰的U型螺旋槽体 (b)折边法兰的U型螺旋槽体 (c)双折边法兰的螺旋槽体 (d)槽钢U型螺旋槽体 (e)活动底的螺旋槽体 (f)折边法兰加宽的螺旋槽体 (g)标准管状槽体 (h)折边法兰对开槽体 (i)矩形槽体 (j)带有夹套的槽体为了对机槽进行封闭，机槽上部安装有薄钢板制成的盖板。盖板用螺栓固定在槽体上端的角钢法兰上，或用弹簧卡子紧夹在槽体上。盖板可以开启，以便对机槽进行必要的检查。对要求防尘的顶盖还要在盖板下加垫密封。在盖板上开有进料口，在机槽底部开有卸料口，进料口和卸料口常做成方形（有时也采用圆形进料口），以便安装料管和平板闸门，如图2-9所示。闸门控制常用手推式、齿条式及电动推杆式几种。根据设计需要我们采用最常用的U字型机槽。为了便于制造和安装，所设计的机槽为4m、4m、2m三节，为了避免其弯曲下垂，从输送端每隔4m设置一支架承托。其具体尺寸数据见总体设计。因为机槽较长，采用折边法兰的U型槽体。活动顶盖的与槽体的联结为簧卡子夹紧，盖板可以开启，这样便于需要时较快地打开顶盖。图2-9 a.进料口b.手动出料口c.齿条传动出料口进、出料口一般在全机安装固定后，根据工艺需要现场开口焊接。注意不要进、出料口位置安排在两端的轴承处和中间悬挂轴承处，也不要安装在机槽的支脚处和接头法兰处。圆筒型机槽又称机筒，一般采用薄壁无缝钢管制成，也可用24mm厚的钢板卷制并在接缝处连续焊接而成，或使用硬质塑料管。折边法兰对开管状槽体是由两个半圆形的带有折边法兰的槽体用螺栓连在一起而构成的管状槽体。圆筒型机槽的内径要比螺旋直径大些，它们之间的缝隙为510mm。圆筒型机槽的密封性好、刚度大，用于垂直螺旋输送机和要求严格密封的场所。螺旋输送机的机槽在进行安装时，一定要注意对中和找直，否则，工作时由于剧烈而周期的挠曲应力，会发生轴的断裂，轴承的使用寿命也将大大减弱。当输送机固定进料时，我们可以在机身加上装料设施来控制进给量。装料设施可以采用螺旋给料机或者旋转叶轮给料机来控制进料口的流量。考虑到物料为颗粒或块状物时由于惯性作用，会对设备进行碰撞磨损，我在进口溜槽中安装挡流板来进行缓冲以保护设备。对于卸料有多种方式可以采用。一般有标准卸料、终端卸料、闸阀卸料、无接管的卸料、开底卸料、槽体端部卸料、端部敞开卸料等。标准卸料是最广泛采用的卸料布置，采用标准卸料口来约束物料的卸出并直接将物料送入后续的设备或储存装置。终端卸料的卸料口位于螺旋输送机槽体的最末端。闸阀卸料采用手轮或链轮操纵的齿条及小齿轮平闸板，进行有选择地定量卸料、闸板的操作方向可与输送机的轴呈平行或垂直。无接管的卸料口是在输送机槽体底部直接开口。开底卸料是在输送机槽体的底部按任意要求的长度开口卸出物料，用于向料斗、料仓的卸料及布料。槽体端部卸料是指物料直接通过输送机槽体端部的开口卸出，螺旋由局部端板支承，轴承安装在端部的法兰上，当输送机填充系数超过0.45时将不能采用这种卸料方法。端部敞开卸料时，输送机尾节螺旋采用标准的悬挂轴承支承。在这里我们选用标准的卸料布置，为了防止粉状物料进入终端部分造成卡机，在卸料口和槽体端部间加上一段反向螺旋以阻止粉尘的堆积和进入。3 LS螺旋输送机的工作过程分析3.1物料的运动分析和叶片的设计3.1.1 物料的运动分析当螺旋体传动时，进入机槽的物料受到螺旋叶片的法向推力，该推力的径向分量和叶片对物料的摩擦力将物料绕轴转动；而物料的重力和机槽对物料的摩擦力又阻止物料绕轴转动。当螺旋叶片对物料法向推力的轴向分量克服了机槽对物料的摩擦力及法向推力的径向分量，物料不和螺旋一起旋转，只沿料槽向前运移。其情况犹如被持住不能转动的螺母在旋转的螺杆上作直线运动一样。但是物料颗粒在输送过程中，其运动由于受旋转螺旋的影响并非作单纯的直线运动，而是一个空间运动。当螺旋升角为并在展开状态时，螺旋线用一条斜直线表示。则旋转螺旋面作用于半径为r（距螺旋轴线之距离）处的物料颗粒A上的力为P合。由于摩擦的原因，P合之方向与螺旋线的法向方向偏离了角。此力可分解为切向分力P切和法向分力P法，如图所示。图中角是由物料对螺旋面的摩擦角及螺旋表面粗糙程度决定的。对于一般冲压而成或经过很好加工的螺旋面，可以不考虑螺旋表面粗糙程度对角的影响，此时则认为。 图3-1 螺旋面作用于物料颗粒上的力 图3-2 物料运动速度的分解物料颗粒A在P合作用下，在料槽中进行着一个复合运动，即具有圆周速度v侧和轴向速度v轴，其合成速度为v合，图表示了其速度的分解。若螺旋的转速为n，处于螺旋面上的被研究物料颗粒A的运动速度，由图中三角形ABC可得 式（3-1）因为 式（3-2） 所以 式（3-3）圆周速度为 式（3-4）以摩擦系数=tan 代入上式，得到圆周速度 式（3-5）经过换算后，便可求得物料颗粒的圆周速度计算公式 式（3-6）式中：s螺旋的螺距(m) n螺旋的转速(r/min) r所研究的物料颗粒离轴线的半径(m)面物料与螺旋面的摩擦系数面=tan若使公式对r求一次导数，并令其值为0，便可求得存在v圆最大值的半径为 式（3-7）同样，根据图3-2的速度分解关系，可得物料颗粒的轴向输送速度的计算公式： 式（3-8）图3-3表示了对于几种不同螺距的速度v圆和v轴随半径而变化的曲线图。由图中可知，对于处于直线OB1B2B3m以右的r值的母线螺旋而上的被输送物料，其圆周速度v圆在半径长度范围内并不是常数，因此，在其运移过程中要产生物料之间的相对滑动。在靠近螺旋轴的物料之圆周速度要比外层的大，但该处的轴向输送速度却显著降低。所以使内层的物料较快地绕轴进行转动，较早地到达表面，这就产生了一个附加料流。它不仅对物料的输送起着不良的影响，同时也增加了功率的消耗。但在靠近螺旋外侧的物料，其轴向输送速度要大于圆周速度。图3-3 速度随半径变化曲线为了避免直母线螺旋面的上述问题，而又能获得物料的最大轴向速度，因而采用如图3-4所示的弯曲母线螺旋面。这种螺旋面在靠近螺旋轴处的升角为正，而在靠近槽壁处的升角为负。这样在靠近螺旋轴的区域处将具有指向槽壁的径向速度，增加了内层物料对外层物料的压力和摩擦力，致使螺旋轴附近的附加料流适当地减小。但在靠近槽壁处，由于具有升角负的螺旋面，亦具有指向螺旋轴线的圆周速度，则使该处物料对料槽槽壁的压力降低，乃至消除，从而减落或避免了由此引起的能量消耗和物料轴向输送速度的降低。 水平螺旋输送机工作时，物料在机槽底部并偏向转动方向的一侧，该物料面与水平形成的夹角为物料的倒塌角，如图3-5所示。在此面上物料处于力的平衡，当物料面转角d时，物料沿倒塌角下滑，形成倒塌现象。倒塌下来的物料一部分不断翻起在落下，一部分越过轴并落到轴的另一侧，即下一个螺距中，形成附加料流。因此，当输送机工作时，应使物料面的转角不大于物料的倒塌角，即 式（3-9）式中：0 物料在静止状态时的内摩擦角（） d 螺旋输送机稳定工作时物料面形成的倒塌角（） 物料面的转角（） 图3-4弯曲母线螺旋面的形状及其速度曲线 图3-5物料在料槽中的倒塌角3.1.2叶片的设计在螺旋输送机工作过程中，物料面的转角与填充系数即进料量、螺距大小及螺旋面的型式等因素有关。螺旋输送机工作时，机槽中物料的填充系数（即进料量）影响输送过程和能量消耗。图3-6是输送砾石时，对于不同填充系数的物料层堆积的情况及其滑移面。当装满系数较小时（即=5），物料堆集的高度低矮且大部分靠近槽壁而具有较低的圆周速度，物料运动的滑移面几乎平行于输送方向，见图3-6a。物料颗粒在轴向的运动要比圆周方向显著得多。所以，这时垂直于输送方向的附加料流很少，单位能量消耗也较低。但是，当填充系数提高（=13或=40）时，则物料的滑移面将变陡，见图3-6b、c。此时，物料在圆周方向的运动加强，在输送方向的运动减弱，附加料流增大，导致输送速度的降低和附加能量的消耗。因而，对于水平螺旋输送机来说，物料的填充系数并不能无限增加，一般取填充系数45。各种散粒物料的填充系数可参考化学工业出版社出版的1999版运输机械设计选用手册下册P335表15-1。图3-6不同填充系数时物料层堆积情况及其滑移面(a).=5(b).=13(c).=40填充系数主要与被输送物料的性质有关。输送细粉、易流动且没有磨琢性或有轻微磨琢性的散状固体物料时（如面粉、谷物等），填充系数可达到0.45；如果被输送的物料易于粘结或具有中等程度磨琢性的细粒或小块，则填充系数限制在0.3左右。如果与此同时物料还有一定程度的磨琢性，螺旋的转速就要减少。对于磨琢性的及大物料（如矿石等），填充系数将进一步地限制，大约只能取0.15。螺距的大小也直接影响物料的输送过程，如果填充系数不变，当螺距不同时，则物料的滑移面亦随之改变。如果改变了填充系数，则必导致物料运动速度分布的变化。所以，应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系等两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。从图3-2可得出物料颗粒A所受螺旋面在轴向方向上的作用力为 式（3-10）为了使P轴0，则必须满足 式（3-11）根据前面的讨论得知，最小的半径r=d/2（其中d为螺旋轴的直径）处所得的螺旋升角是最大的，则轴向输送方向的作用力P轴最小。根据这个条件，最大的许用螺距值应由下面两式求得 式（3-11） 式（3-12）若以k1=d/D（D为螺旋的外径）代入上式，则得 式（3-13）确定最大的许用螺距时，必须满足的第二个条件是建立在使物料颗粒具有最合理的速度各分量间的关系的基础上。亦即应使物料颗粒具有尽可能大的轴向输送速度，同时又使螺旋面上各点的轴向输送速度大于圆周速度，如图3-2所示。螺距的大小将影响速度各分量的分布。当螺距增加时，虽说轴向输送速度增大，但是会出现圆周速度不恰当的分布情况；相反，当螺距较小时，速度各分量的分布情况较好，但是轴向输送速度却较小。于是，根据在螺旋圆周处的v圆v轴的条件，并利用公式可得 式（3-14） 式（3-15） 又因为此时2r=D（螺旋圆周处），故得求螺距的第二个条件为 式（3-16）分析了填充系数及螺距对物料输送过程的影响后，可以指出，对于较大的装满系数，应取最小的螺距值；反之，对于较小的装满系数，螺距可偏于取最大值。由前述知，在螺旋面同一母线上各点的升角不同。叶片外缘点处升角外最小，向内升角逐渐增大，至叶片内缘点处即靠近螺旋轴处的升角内最大。由此得知，螺旋叶片同一差别越大，各点处物料转角的差别越大，在较大的半径范围内物料转角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。从螺距对物料运输速度各分量分布的影响也可知，螺距增大，在靠近螺旋轴处物料的v圆显著增加，且在较大的半径范围内v圆v轴，使较多物料的转角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。螺旋在一定的转速内，对物料颗粒运动的影响并不显著。但是当超过一定的转速时，物料受到过大的切向力而被抛起，开始产生垂直于输送方向的径向跳跃，从而对输送过程产生不利影响。因此，螺旋的最大许用转速应根据被输送物料的最低跳跃高度来确定。但是，由于至今尚缺乏有关各种物料的许用最低跳跃高度的资料，因此在实用计算中，用下列经验公式来确定螺旋的最大许用转速： 式（3-17）式中:D - 螺旋直径（m） A - 物料特性系数，由化学工业出版社出版的1999版运输机械设计选用手册下册P335表15-1查出从式可知，螺旋的最大许用转速是螺旋输送机直径的函数，同时也和输送物料性质及填充系数有关。在满足输送量要求的情况下，应选用较低的转速，以减小物料对螺旋叶片及机壳磨损，延长使用寿命。4 LS螺旋输送机的相关设计计算依据课题要求该机为LS螺旋输送机，螺旋体直径为400mm，螺旋体转速为95r/min，输送长度10m。4.1输送量计算计算螺旋输送机的容积和质量输送量的初始数据为输送机的螺旋轴向投影面积A，输送速度v和螺旋输送机机槽的填充系数。由和得出 式（4-1） 和 式（4-2）式中：Iv -容积输送量(/h) -质量输送量() -堆积密度(t/) -螺旋体直径() -螺距(m)N -螺旋输送机转速，r/min假定输送的物料为面粉，则查表JB/T 7679-95可知=0.33，=0.59代入上式可得： 4.2 螺旋输送机驱动功率螺旋输送机的驱动功率为： 式（4-3）式中：-物料运行时所需要的功率(kw) -螺旋输送机空载时的输送功率（kw）4.2.1 物料运行时所需功率对于长度为L的螺旋输送机，其功率为输送量，长度L及运行阻力系数的乘积： 式（4-4）式中阻力系数查表可得代入上式得：（kw）4.2.2螺旋输送机空载转动的驱动功率功率比之物料运行时所需的功率是很小的，此值与螺旋的直径D与长度L成正比: (kw)所以输送机的驱动功率: (kw)4.3 电动机功率 式（4-5）式中：-驱动装置总效率 -功率储备系数 -输送机的驱动功率驱动装置总效率一般为0.85-0.9，取值。功率储备系数一般为1.2-1.4，取值代入上式得 （kw）4.4轴的校核轴的强度计算主要有三种方法：许用切应力计算、许用弯曲应力计算、安全系数校核计算。许用切应力只需要知道轴的转矩的大小，方法简单，但是计算精度较低。许用弯曲应力的计算必须事先知道作用力的大小，和作用点的位置、轴承弯矩、各段轴径等参数。安全系数校核计算也是要在结构设计后进行，不仅要定出各轴段的直径，而且要定出过渡圆角、表面粗糙度等细节，计算比较精确但也十分复杂。以上三种方法可以单独使用或者逐个使用。一般转轴按许用弯曲应力计算已经足够可靠，不一定在用安全系数校核。所以螺旋轴的校核取用许用弯曲应力的计算。前面设计的每节螺旋轴的长度为3000mm，材料采用45钢调质，轴的校核计算如下：为了克服阻力，所需的功率为1.1KW，这样可以算出，正常工作时，螺旋轴所承受的转矩是：=9.5510=1110Nmm螺旋轴选用45号钢，轴外径为100内径为80的空心体，45号钢的密度为7.85g/cm，所以螺旋轴的重量大约为：G=mg=g=7.850.0134310=8.45N螺旋叶片也选用45号钢，螺旋叶片的厚度为6mm，螺旋叶片的重量大约为：G=mg=g=7.850.3610=133N每根螺旋轴上所焊接的螺旋叶片大约为7个，所以单根螺旋轴上的螺旋叶片的额总重量约为931N。这些力都是均匀的分布在螺旋轴上的。用插入法由表4-1查得：许用应力值为：应力校正系数：=0.57表4-1 转轴的许用弯曲应力材料碳素钢40013070405001707545600200955570023011065合金钢80027013075100033015090铸钢40010050305001207040螺旋轴的当量转矩 =0.57110000=62700N.mm螺旋轴的当量弯矩 M=1411393N.mm螺旋轴的轴径 d=61.7mm设计中所选择的螺旋轴外径100内径80，所以螺旋轴的轴径满足要求。4.5联轴器选用的校核本次设计的螺旋输送机在减速器与螺旋轴之间选用的联轴器的型号为（JB/T 5901-1991）WSD7型十字滑块联轴器，其公称转矩为560N.m，前面计算出螺旋轴需要传递的最大转矩为62.7N.m,远远小于联轴器所能承受的最大转矩。所以，所选用的联轴器满足要求。4.6螺旋体转速的校核在前面物料在螺旋体内的受力的分析中已经说明了螺旋体的转速应该小于螺旋体的临界转速的原因。根据螺旋体的直径计算出螺旋体的临界转速为：式（3-17）中螺旋体临界转速的经验公式：n=式中 A物料的综合特性系数 D螺旋体的直径。将数据代入公式得：=75/=119设计的螺旋输送机的转速为95r/min,远远小于其临界转速。不会发生明显的搅拌现象。所以螺旋体的转速符合设计要求。5 LS螺旋输送机总体尺寸设计5.1 输送机外形及安装尺寸 LS型螺旋输送机装配示意图见图5-1。相应尺寸见表5-1。图5-1 LS型螺旋机(I) (单驱动)表5-1输送机装配尺寸规格hh1lC3BFL0PQ T1T2XYdeLS100140632500100180501000 3000601901201102321702542LS1251607525001302105010003000602201301302521703058LS1601809025001602445010003000602501501502541763558LS20020011225002003045010003000602851801802851824082LS25025014030002503565010003500603302102202921885082LS3152801803000320420100100035006038025025032219060105LS4003552243000400530100100035006043030028040621270140LS50040028040005006321001500500010050036034044121880170 续表5-1规格hh 1lC3BFL0PQT1T2XYdeLS800630450400080099815015005000100710530520542260120210LS100071056045001000121220015005500100810640630616272140250LS12508007104500125014622001500550010010008807606712841703005.2 长度与组合表5-2机槽尺寸型号规格头节、标准节选配节尾节LS100-LS2002.511.523LS250-LS400311.523LS450-LS80041.522.53.5LS800-LS12504.51.522.53.5单驱动螺旋机长度（每0.5m一档） L = nl + L0 (n1)；其组合为：1头节（n-1）标准节 + 1尾节。双驱动螺旋机长度（每0.5m一档）（1）采用A型双驱动中间节：L = 2l + L0(2) 采用B型双驱动中间节：L = 2nl +( l + L0 )其组合为：2头节+2(n-1) 标准节+1A(B)型双驱动中间节。本课题选取单驱动螺旋机，其组合为1个3m头节，1个3m标准节，1个1.5m选配节和1个3m尾节。5.3 附件尺寸5.3.1进料口进料口形状见图5-3，尺寸见表5-3 图5-3进料口表5-3进料口尺寸型号规格A AB BC CT1nd质量kgLS10010010016016013613612024100.7LS12512512518518516116113024100.8LS16016016022022019619615038101.1LS20020020028028024824818038101.6LS25025025033033029829821038122.8LS31531531539539536336325038123.4LS40040040050050045645630048125.0LS50050050060060055855836048128.3LS630