螺旋式输送机的设计

邵阳学院课程设计前 言 本次课程设计是水泥输送料的螺旋式输送机的设计。首先对螺旋式输送机作了简单的概述；接着分析了螺旋式输送机的起动方式、调速和运行；然后根据不同的要求进行计算；再根据不同的计算结果进行电动机选型和参数对照；接着对所选择的输送机各主要零部件进行了校核。最后简单的说明了输送机的安装与维护。目前，螺旋失输送机正朝着长距离、高速度、低摩擦的向发展，。在螺旋输送机的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造螺旋输送机过程中存在着很多不足。本次螺旋输送机设计代表了设计的一般过程, 对今后的选型设计工作有一定的参考价值。 目 录摘要1前言12.螺旋输送机的介绍22.1螺旋输送机简介22.2螺旋输送机的输送原理22.3 螺旋输送机的起动32.4变频调速52.5电机运行特性的数值计算方法73.电动机的选择83.1.功率的选择83.2.种类和型式的选择83.3.电压和转速的选择93.4. 由已知参数选取电动机94.螺旋输送机的规格和技术参数表114.1 LS型螺旋输送机规格及技术参数表114.2GX型螺旋输送机规格及技术参数表 125课程设计的总结与体会13参考文献14致谢15摘要：螺旋输送机的起动、运行和调速在不同工业生产应用中有着不同的参数要求。在这里我介绍下螺旋输送机的起动方式、稳定运行的条件和变频调速。对电机运行特性进行简要的数值计算。然后对电动机的机型和参数进行分析。由于本人对螺旋输送机在水泥厂的应用方面的知识有限，所以只能简要说明下螺旋输送机在水泥厂中的应用。关键词：电动机 起动 调速 运行特性2.螺旋输送机的介绍2.1螺旋输送机简介1. 驱动装置 2.联轴动 3.壳体 4.出料口 5.旋转螺旋轴6.中间吊挂轴承 7.支坐 8.进料口图1.1 螺旋输送机简图螺旋输送机俗称绞龙，适用于颗粒或粉状物料的水平输送，倾斜输送，垂直输送等形式。输送距离根据畸形不同而不同，一般从2米到70米。如图1.1所示。螺旋输送机一般由输送机本体、进出料口及驱动装置三大部分组成。螺旋输送机的螺旋叶片有实体螺旋面、带式螺旋面和叶片螺旋面三种形式，其中，叶片式螺旋面应用相对较少，主要用于输送粘度较大和可压缩性物料，这种螺悬面型，在完成输送作业过程中，同时具有并完成对物料的搅拌、混合等功能。从输送物料位移方向的角度划分，螺旋输送机分为水平式螺旋输送机和垂直式螺旋输送机两大类型，主要用于对各种粉状、颗粒状和小块状等松散物料的水平输送和垂直提升，该螺旋输送机不适宜输送易变质、粘性大、易结块或高温、怕压、有较大腐蚀性的特殊物料。 垂直螺旋输送机适用于短距离垂直输送。可弯曲螺旋输送机的螺旋由挠性轴和合成橡胶叶片组成，易弯曲，可根据现场或工艺要求任意布置，进行空间输送。螺旋输送机叶片有现拉式和整拉失，现拉式可做成任意厚度与规格尺寸，整拉式不宜制作非标准螺旋。2.2螺旋输送机的输送原理旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送。使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。即如同一根旋转的螺旋轴，带动一个螺母沿其轴向移动一样，螺旋体相当于螺旋轴，物料相当于螺母，当螺旋体连续旋转时则物料也连续输送。无轴螺旋体为较厚的带状叶片，通过驱动端驱动，中间无轴，螺旋体与机壳内壁底部衬板接触。螺旋输送机旋转轴的旋向，决定了物料的输送方向，但一般螺旋输送机在设计时都是按照单项输送来设计旋转叶片的。当反向输送时，会大大降低输送机的使用寿命。2.3 螺旋输送机的起动2.31软起动器的工作原理 软起动主要由串接于电源与被控电动机之间三对反并联晶闸管调压电路构成。现代软起动器基本上都采用了电力电子技术和微机控制技术，以单片微机作为中央控制器控制核心来完成测量及各种控制算法，因此，软起动器具备了很强的功能和灵活性。整个起动过程是数字化程序软件控制下自动进行。利用三对晶闸管的电子开关特性，通过起动器中的单片机，控制其触发脉冲的迟早来改变触发角的大小。而触发导通角的大小，又改变晶闸管的导通时间，最终改变加到定子绕组的三相电压的大小。异步电动机定子调压的结果，一方面其转矩近似与定子电压的平方成正比，另一方面电动机的电流又和定子电压成正比。电动机的起动转矩和初始电流的限制可以通过定子电压的控制来实现，而定子电压又是通过可控硅的导通相角来控制的，所以不同的初始相角可实现不同的端电压，以满足不同的负载起动特性。电动机起动过程中，晶闸管的导通角逐渐增大，晶闸管的输出电压也逐渐增加，电动机从零开始加速，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无级平滑起动。电动机工作在额定电压的机械特性上。电动机的起动转矩和起动电流的最大值可根据负载情况设定。2.32软起动器常用的几种起动方式1、限流起动 电机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值（Is）的软起动方式。其输出电压从零开始迅速增长，直到输出电流达到预先设置的电流限值Is，然后保持输出电流IIs的条件下逐渐升高电压，直到额定电压。使电机转速逐渐升高，直到额定转速。这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整。对电网影响小，其缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间。损失起动力矩，对电动机不利。2、斜坡电压起动 这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。顾名思义是电压由小到大斜坡线性上升，它是将传统的降压起动从有级变成了无级，主要用在重载起动，它的缺点是初始转矩小，转矩特性抛物线型上升对拖动系统不利，且起动时间长有损于电机。3、转矩控制起动 用在重载起动，它是将电动机的起动转矩由小到大线性上升，它的优点是起动平滑，柔性好，对拖动系统有更好的保护，它的目的是保护拖动系统，延长拖动系统的使用寿命。同时降低电机起动时对电网的冲击，是最优的重载起动方式，它的缺点是起动时间较长。4、 转矩加突跳控制起动与转矩控制起动 相仿也是用在重载起动，不同的是在起动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，缩短起动时间。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷，应用时要特别注意。5、 电压控制起动是用在轻载起动的场合，在保证起动压降下发挥电动机的最大起动转矩，尽可能的缩短了起动时间，是最优的轻载软起动方式。2.33几种起动方式和电动机电压、电流和扭矩的基本关系综上所述不难看出，最适用最先进的起动方式应是电压控制起动和转矩控制起动及转矩加突跳控制起动。目前的软起动器多是限电流起动和斜波电压起动，它是最原始最低级最简单的起动方式，还有的是限流起动和转矩加突跳控制起动。唯有电压控制和纯转矩控制及转矩加突跳控制起动较为先进。图1.2 直接在线启动（Dol）、星-三角 2、软启动器等3种不同的启动方式在电动机电压、电流和扭矩方式的基本联系2.4变频调速变频调速时对电动机及其效能产生的影响：变频调速不论采用什么样的控制方法其输出到电机端上的电压脉冲是非正弦的。所以普通异步电动机在非正弦波下的运行特性分析就是变频调速时对电机产生的影响。主要有以下几个方面：1）电动机的损耗和效率.电动机损耗非正弦电源下运行的电动机，除了基波产生的正常损耗外，还将出现许多附加损耗。主要表现在定子铜损、转子铜损和铁损的增加，从而影响电动机的效率。.电动机效率谐波损耗的大小明显地决定于外加电压的谐波含量。谐波分量大，电动机损耗增加，效率降低。但是大多数静止逆变器不产生低于5次的谐波，而高次谐波的幅值较小。这种波形的电压对电动机效率降低并不严重。对中等容量的异步电动机进行计算和对比试验表明，其满载有效电流比基波值约增加4。如果忽略集肤效应，则电动机的铜损与总有效电流的平方成比例，谐波铜损为基波损耗的8。考虑到由于集肤效应使转子电阻平均可增大3倍，因而电动机的谐波铜损应为基波损耗的24。如果铜损占电动机总损耗的50，则谐波铜损使整个电动机的损耗增加12。铁损的增加很难计算，因为它受电动机结构和所用磁性材料的影响。如果定子电压波形中的高次谐波成分相对较低，像在6阶梯波中那样，谐波铁损增加不会超过10。如果铁损和杂散损耗占电动机总损耗的40，则谐波损耗仅占电动机总损耗的4。摩擦损耗和风阻损耗是不受影响的，因而电动机的全部损耗增加小于20。如果电动机在50Hz正弦电源时的效率为90，则由于谐波存在使电动机效率只降低1一2。 如果外加电压波形的谐波成分明显地大于6阶梯波时的谐波成分，则电动机的谐波损耗将大大增加，而且可能大于基波损耗。就是在6阶梯波电源时，一个低漏抗的磁阻电动机可能吸收一个很大的谐波电流，从而使电动机的效率下降5或更多。在这种情况下，为了满意地运行，就要使用12阶梯波的逆变器，或采用六相的定子绕组。电动机的谐波电流和谐波损耗实际上与负载无关，因此时间谐波的损耗大小实际上可以在空载情况下用正弦电源和非正弦电源进行比较确定。以此来确定某种型式或某种结构的电动机效率下降的大致范围。.电动机的稳定和扭振问题 当交流电动机运行于变频电源时，在一定的频率及负载情况下，系统可能发生不稳定性。由于动态稳定性与系统的状态有关，因此在无限大的工频电源系统中可以稳定运行的电动机，当采用逆变器供电时就可能变得不稳定；当一台电动机专用一个变频电源时，运行稳定，而多台电动机共用一个变频电源组合传动时，就变得不稳定了。通过对这些现象的分析，发现有以下两个原因：即电动机固有的低频不稳定性和电动机与逆变器间相互影响造成的不稳定性。在低频时的这种不稳定性表现为持续地振荡，也就是转子转速在同步附近的摆动。转矩角的变化产生相应的输出转矩和功率的脉动。如果转子振荡过大并超过失步转矩，则电动机失步。另一方面，也可能超出逆变器的换向能力而使其保护动作。各轴的转矩、转速计算0轴(电动机轴)P0=Pd=5.762kw,n0=nm=1440r/minT0=9.55*106P/n=3.82*104Nmm1轴(高速轴)P1=P01=5.7kw,n1=1440r/minT1=9.55*106P/n=3.78*104Nmm2轴(中间轴)P2=P123=5.47kw,n2=232.26r/minT2=9.55*106P/n=22.49*104Nmm3轴(低速轴)P3=P223=5.25kw,n3=52r/minT3=9.55*106P/n=96.4*104Nmm4轴P4=P334=4.49kw,n3=52r/minT4=9.55*106P/n=90.73*104Nmm2.5电机运行特性的数值计算方法工程中常利用同步发电机的一些基本特性来分析三相对称负载下发电机稳态运行时的性能，其中的特性曲线主要有以下几个：（1）空载特性曲线：当I0时，Uf（If）；（2）短路特性曲线：当U0时，If（If）；（3）负载特性曲线：当Iconst及cosconst时，Uf（If）；（4）外特性曲线：当Ifconst及cosconst时，Uf（I）；（5）调整特性曲线：当Uconst及cosconst时，If（If）。 上述曲线表示发电机在运行过程中端电压U、电枢电流I、励磁电流If和功率因数cos四个变量之间的变化关系。用解析法计算上述特性曲线时，由于无法考虑铁芯的饱和因素，存在着特性曲线失真、电抗参数偏差较大的情况。在运用实验方法测量时，因受实际条件的限制，有些运行工况无法在实验室中进行模拟或检测，如在测量零功率负载曲线时，很难使cos0绝对成立，一般认为cos02即符合实验要求。运用数值方法计算，则完全克服了上述缺陷，可以通过计算得到任意条件下发电机运行工况的各项性能，所得到的计算结果精度远远高于解析值。3.电动机的选择三相交流异步电动机的选用，主要从选用的电动机的功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑。3.1.功率的选择选用电动机的功率大小是根据生产机械的需要所确定的。(1)连续运行电动机功率的选择对于连续运行的电动机，先算出生产机械的功率，所选用的电动机的额定功率等于或大于生产机械的功率即可。例如，带动车床切削的电动机功率为:P=（kW）式中P1为车床的切削功率；F为切削力（N）；v为切削速度（m/min）;1为传动机构的效率。(2)短时运行电动机功率的选择短时运行电动机的功率可以允许适当过载设过载系数为，则电动机的额定功率可以是生产机械所要求的功率的。如上例是短时切削加工车床，其电动机的功率为；P=（kW）3.2.种类和型式的选择(1）种类的选择选择电动机的种类是从交流或直流、机械特性、调速与起动特性、维护及价格等方面考虑。 因为生产上常用的是三相交流点，如没有特殊要求，多采用交流电动机。由于三相鼠笼式异步电动机结构简单，坚固耐用，工作可靠，价格低廉，维护方便；其缺点是调速困难，功率因数较低，起动性能较差。因此，在要求机械特性较硬而无特殊要求的一般生产机械的拖动，如水泵、通风机、运输机、传送带和机床都采用鼠笼式异步电动机。绕线式电动机的基本性能与鼠笼式相同。其特点是起动性能较好，并可在不大的范围内平滑调速。但是它的价格较鼠笼式电动机为贵，维护亦较不便。因此，只有在某些必须采用绕线式电动机的场合，如起重机、锻压机等，大多采用鼠笼式异步电动机。(2)结构形式的选择在不同的工作环境，应采用不同结构形式的电动机，以保证安全可靠地运行。电动机常用的结构形式有：开启式、防护式、封闭式和防爆式，如图2.1所示。图2.1 电动机的三种基本安装结构形式3.3.电压和转速的选择 电动机电压等级的选择，要根据电动机的类型，功率以及使用地点的电压来决定。电动机的额定转速根据生产机械的要求而决定，一般采用尽量高转速的电动机。3.4. 由已知参数选取电动机已知参数：转速n=1500r/min , 圆筒直径D=0.5M ,系统总效率=0.6 , 水泥的重力G=440N。 负载转矩 电动机轴上的输出转矩 电动机轴上的输出功率 从手册上查到YZR200L型电动机在FC%时的参数为：Pn=15Kw, = 712 r/min，T =2.94,则Tm=TTn=T9550 Pn/=591.5Nm在FC%=25%时，Pn=18.5Kw, = 700 r/min，则T= Tm/ Tn=2.35考虑到电网电压下降10%，则过载倍数下降为T1=0.81T=0.812.35=1.9，而实际电动机的过载倍数为x=Pmax/Pn=25/18.5=1.35T1,所以过载能力通过,故选YZR200L型电动机为合适的。4.螺旋输送机的规格和技术参数表4.1 LS型螺旋输送机规格及技术参数表如表4.1所示型号规格 螺旋 直径（mm） 螺距 （mm） 转速（r/min） 输送量（m3/h ） 转速（r/min） 输送量（m3/h ） 转速（r/min） 输送量（m3/h ） DSn=0.33 n=0.33 n=0.33 小型 LS1001001001402.21121.7901.4LS1251251251253.81003.0802.4LS1601601601127.1905.7714.5LS20020020010012.4809.9637.8中型 LS2502502509021.87117.25613.6LS3153153158038.86330.55024.2LS4004003557162.55649.34538.6大型 LS5005004006397.75077.64062.0LS63063045050138.540110.83288.6LS80080050040198.532158.825124.1特大型 LS1000100056032277.925217.120173.1LS1250125063025381.720305.416244.3表4.1 LS型螺旋输送机规格及技术参数表4.2GX型螺旋输送机规格及技术参数表如表4.2所示 GX15GX20GX25GX30GX40转速(r/min)输送量(t/h)转速(r/min)输送量(t/h)转速(r/min)输送量(t/h)转速(r/min)输送量(t/h)转速(r/min)输送量(t/h)200.9202.1204.1207.12016.83013303.2306.23010.93025.3351.5353.7357.23512.43529.5452454.7459.345164537.9602.6606.36012.36021.36050.5753.3757.97515.47526.67563.2904909.59018.590329075.81205.312012.612024.712042.61201011506.615015.81908.4表4.2 GX型螺旋输送机规格及技术参数表 总结本学期我们开设了电力拖动基础这门课程,这门课程主要是属于电机范畴,也是我们的专业课.正所谓“纸上谈兵终觉浅,觉知此事要躬行”。学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期电力拖动学完之际，紧接着开始电力拖动课程设计是很及时、很必要的。这样能让我们对以学知识的掌握有很大的帮助。 这两周的课程设计，我遇到了很多问题。比如电机的起动、运行和调速。 但在指导老师和同学的帮助下都一一化解。从中我也认识到团队合作的重要 性。通过这次课程设计，使我对电力拖动基础这门课程有了更深的了解。参考文献【1】魏炳贵 电力拖动基础 机械工业出版社； 2000.3【2】邱阿瑞 电机与电力拖动 电子工业出版社，2002.7 致谢在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。17- -