LS-Y315螺旋输送机设计解析

摘要LS型螺旋输送机是采用国际标准产品，设计制造符合JB/T7679-95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一20、80。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石英砂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。螺旋体山轴和叶片组成。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, the design manufacture conforms to the JB/T7679-95 specialized standard. LS spiral conveyer's 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.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 quartz sand 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31 .1大倾角螺旋输送机的一般结构32 . 2驱动装置42. 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52. 3 LS螺旋输送机的主要构件62. 3. 1螺旋体62. 3. 2 轴承92. 3. 3 机槽103 LS螺旋输送机的工作过程分析133. 1物料的运动分析和叶片的设计133.1.1物料的运动分析133. 1.2叶片的设计164 LS螺旋输送机的相关设计计算191 .1设计计算194 . 2轴的校核19结论22致谢23参考文献241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IS01050-75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G型螺旋输 送机的换代产品。LS型螺旋输送机与G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，如输送水泥、化学品、砂子、面粉、盐类等等。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20C。在水泥输送机中使用管状螺旋输送机，水泥不易飞扬，既减少浪费也减少 对环境的污染，是一种良好的水泥运输设备。随着道路建设的飞速发展，建筑机械的不断改进，大倾角螺旋输送机已成为混凝土拌 和设备中不可缺少的重要部分，在使用散装水泥的建筑工地上，也常使用大倾角管状螺旋 输送机。2 LS螺旋输送机主要构件的设计和选用2.1 大倾角螺旋输送机的一般结构大倾角螺旋输送机是由螺旋机本身，进出料口及驱动装置三大部分组成（如图1-1）。 螺旋机本体包括头部轴承、尾部轴承、螺旋轴、外管、观察口等几个部分。驱动装置由电 机、减速机、联轴器等组成。大倾角螺旋输送机的安装角度一般为45°左右，长度不超过 8米，为了避免螺旋轴过分弯曲导致与外观摩擦，螺旋轴中间要加支撑，还应进行绕度校 核。中间支撑是为减小螺旋输送轴的径向绕度而设置，这个部位工作条件恶劣。由于螺旋 叶片在中间支撑处间断，所以支撑沿轴线方向的长度及横向长度应尽量减小，以防止物料 在此处堵塞。这里的支撑可采用支座轴承或法兰支座等形成，为了防止物料的微小颗粒进 入轴承，这里要采取可靠的防尘与润滑设施（图1-2）1挡盖2密封圈3中间法兰4轴5油嘴图1-22. 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、齿轮一蜗杆减速器等，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网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。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，山TY型 同轴式硬齿面减速器和弹性柱俏联轴器构成，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，功率范围为7. 5 75kw, 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LS315螺旋输 送机采用第二种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-la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(乂称直母线螺旋面)。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(乂称弯曲母线螺旋面)。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-lb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=315mm,则初步计算螺旋轴直径4 =(0.20.35)0式(2-1)取系数为0.3,计算得d=94.5mm,查询钢管规格取d=100mm。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，5 = (0.8-1.2)2)式(2-2)因此，螺距s可写成通式s=k D。取k=0.8,计算得s=250mm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2mm-12mm的35或45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掘的辗压，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卸接的、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，螺旋叶片我们采用右旋方式，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。21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” = （0.2-0.35）0式（2-4）式中，D螺旋直径（mm）。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，螺旋体选用两段4m长的节段，使用时将两节 段通过中间的悬挂轴承部件连接起来。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。头部轴承乂称首端轴承，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，还要承受轴向教荷，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。 本设计由于尺寸较短，故采用加料端驱动。图2-5头部轴承尾部轴承乂称末端轴承，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3nl以上的螺旋输送机，为了避免螺旋轴受力弯曲，每隔21n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握紧。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字型和圆筒型两利I。图2-8所示是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2-10mm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 G）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密封垫。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儿种。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、仙两节，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。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。圆筒型机槽乂称机筒，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。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乂阻止物料绕轴 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”由于摩擦的原因，P分之方向 与螺旋线的法向方向偏离了小角。此力可分解为切向分力P切和法向分力P法，如图所示。 图中小角是由物料对螺旋面的摩擦角P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小角的影响，此时则认为“比P。物料颗粒A在P介作用下，在料槽中进行着一个复合运动，即具有圆周速度v网和轴向 速度v轴，其合成速度为v介，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，山图中三角形ABC 可得cosp = AB sin a式(3-1)因为式(3-2)ab = !L60所以60 cosp式(3-3)圆周速度为/、 2 型7 sin(<z + p)sina!=嚓，1ng ")= *就式(3-4)以摩擦系数卜匚tan p代入上式，得到圆周速度匕!=毛：sin a(sin a + cosa)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572 S + U60 2m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)U面物料与螺旋面的摩擦系数口 inFtan P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2K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阳和v卅随半径而变化的曲线图。由图中可知, 对于处于直线0BlB2B3m以右的r值的母线螺旋而上的被输送物料，其圆周速度v网在半径 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。尸，Em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，而乂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a ,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a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 巾 弧时，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。%=0.7%式(3-9)式中：圾一一物料在静止状态时的内摩擦角(°)小d螺旋输送机稳定工作时物料而形成的倒塌角(° ) ”物料面的转角(°)图3-5物料在料槽中的倒塌角图3-4弯曲母线螺旋而的形状及其速度曲线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2（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4=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3-6小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（力=13%或由=40%）时，则物料的滑移面将变陡，见图3-6b、co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 般取填充系数力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枳情况及其滑移面（a）.由二5%（b）.巾二 13%（c）.巾=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% =j.cos（2 + p）式（3T0）为了使P轴0,则必须满足式（3T1）a <p2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 a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)tan! -plmax(2 产)式(3-12)式(3-13)若以k=d/D （D为螺旋的外径）代入上式，则得max"而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，同时乂使 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柏的条件，并利用公式可得+ 而1 - 而 一 2 加.2 m60fZp_60PV+117rr）S < 2加。-= tanl -p 2加1 +而 4）乂因为此时2匚D （螺旋圆周处），故得求螺距的笫二个条件为 / S < tan -p M140式(3-14)式(3-15)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a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阳显著增加，且在较大的半径范围内vQv柏，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：仆=今式式中: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315nlm,螺旋体最大转速为 500r/min,输送长度8m,输送物料为石英砂,输送量Q=45 m3/h=119 t/h,倾斜布置, 倾角为45°。4.1设计计算(1)螺旋直径 D=；y90mm式中：Q输送量t/h(p-填充系数7物料堆比重t/ms。一倾角修正系数n-旋转轴转速rad/s表1使用角度0*420°(30。440。<45°450©4606470°480°<90*修正系数C 1.00.90.870.80. 730.700. 670. 60.530. 470.40(2)电动机功率计算N = Q WO = U9(4Q + 4 后)。82 = 3" 367367式中：H为螺旋输送机垂直投影高度L为螺旋输送机水平投影高度卬。为总阻力系数磨琢性物料可取卬。=6. 5-8. 2,无磨琢性物料可取Wo=5. 5-7. 54. 2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4000mm,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2.6KW,这样可以算出，正常工作时，螺旋轴所承受的 转矩是：T. = 9.55X106 -5-=9. 55x 106 x =26x 104 N mm1n,95螺旋轴选用45号钢，轴外径为100内径为80空心体，45号钢的密度为7.85g/cn)3, 所以螺旋轴的重量大约为：G=mg=1470N螺旋叶片也选用45号钢，螺旋叶片的厚度为6mll1,螺旋叶片的重量大约为：G=mg=26N每根螺旋轴上所焊接的螺旋叶片大约为17个，所以单根螺旋轴上的螺旋叶片的额总 重量约为442N。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：=70MP.许用应力值为：应力校正系数：a = = =0. 5770表4-1转轴的许用弯曲应力材料外b+lba0bb_lb碳素钢4001307040500170754560020095一 一0070023011065合金钢80027013075100033015090铸钢40010050305001207040螺旋轴的当量转矩aT=O. 57x260000=148200N. mm螺旋轴的当量弯矩仁 J141OOOO2+1482OO2 =1417767工 mm螺旋轴的轴径(1417767 0.1x60=61. 8mm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。结论为期三个月的毕业设计已接近尾声，任务书的要求终于要实现了。通过这阶段的学 习，我了解了 LS螺旋输送机的大体结构组成，对其工作原理和制造有了相当的认识，并 且自己也设计了一款输送机。回顾整个设计过程，我觉得收益匪浅。在对LS315大倾角螺 旋输送机的设计过程中，理论与实际相结合，加深了理论知识的理解，实现了理论在实际 上的应用。这次毕业设计是对以前学到的专业知识做进一步的系统的复习和总结，比如加 深了我对轴类零件的设计和轴承、电机等零部件选用方法的了解，这次毕业设计也是对自 己的工作和学习能力的检验。在设计的过程中自己充分感受到了实际工作中的艰辛，但与 此同时.，也获益良多，这次毕业设计不仅使自己巩固了以前所学的知识，也使自己开阔了 视野，接触到了更为丰富的理论知识，也使自己敢于、乐于与钻研更高深的知识，为以后 的工作打下了坚实的基础。在这次设计中，使我对自己的能力有了更好的了解。重要是在 这次设计中，锻炼了本人的毅力、恒心，进一步地端正了自己的学习和工作态度，使我意 识到，只有具有了严谨的治学态度和虚心的精神才能在学术上更上一层楼。在本次设计中我设计的最主要部分是螺旋体和机槽部分。在设计螺旋体时由于我的能 力有限所以在中间悬挂轴承设计方面有待于进一步加强优化，最好是能够采用某种措施去 掉中间悬挂轴承以避免堵塞现象同时乂能够解决螺旋轴过于长而产生的弯曲问题。对于叶 片的设计，针对不同的输送物料应该进行不同的热处理工艺。致谢毕业设计总算结束了，回顾设计过程我要感谢我的导师对我的帮助。在设计前由从未 接触过输送机，因此我向老师询问了相关内容，知道了大概需要查阅那些书籍。在设计时 本人也遇到了好多问题都是在老师的认真指导和启发下得到解决，使我能够顺利的、准时 的完成毕业设计。当然我还要感谢我的室友在相关问题解决上给我的帮助。谢谢你们！参考文献1编委会.运输机械设计选用手册.化学工业出版社，1999-01-25.2周明衡主编.减速器选用手册.化学工业出版社,2002-01.3邹慧君主编.机械原理.高等教育出版社，2006-05-01.4邱宣怀主编.机械设计.高等教育出版社,1997.5机械设计学会.机械设计手册.机械工业出版社,2005-3-1.6毛广卿主编.粮食输送机械与应用.北京：科学出版社，2003.7范祖尧主编.现代机械设备设计手册.北京：机械工业出版社，1996.8徐潮主编.机械设计手册（第四版）.北京：机械工业出版社，1991.9洪致育、林良明主编.连续运输机.北京:机械工业出版社，1982.10吴宗泽.高等机械设计.北京:清华大学出版社,1991.11杜君文主编.机械制造技术装备及设计.天津大学出版社，1998.12李学雷主编.机械设计基础.科学出版社,2004.13李新平.螺旋输送机的合理选型.煤矿机械,2004.14任进.大倾角螺旋输送机设计与参数的选择.内蒙古公路与运输，2006.15 John Uicker, Gordon Pennock, Joseph Shigley. Theory of machines and mechanisms. Oxford University Press, USA 2010.16 CHRISTOPHER J McCauley. 27th Edition Machinery' s Handbook. 2004 INDUSTRIAL PRSS INC. NEW YORK .