建筑用垂直运输机设计.docx
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建筑用垂直运输机设计
前言
介绍螺旋垂直运输机的工作原理,阐明了螺旋运输机设计参数的选择和确定原则及方法;通过整体与部分分离的原则,设计出了更方便和多角度选择的螺旋垂直运输机。
为了满足高水准建筑工程的需求,需要对原有的传动能力的运输机的多样性进行设计改进;通过对现有垂直运输机的分析了解与比较,发现现有垂直运输机存在安装繁杂,移动不便的缺点。
为了优化垂直运输机,在运输机的下部设计添加了一个可以移动的平台。
运输机的传动部分采用了一级圆柱斜齿轮进行传动,这使得运输机的减速器外形尺寸大大减小。
关键词:
建筑运输机;螺旋;垂直
工程概况
建筑用垂直运输机的出现是随着中国的建筑业发展而出现的,顺应发展的需要,随着建筑的建设,对运输机的需求量增大,对于运输机功能要求增多,垂直运输机的出现,是建筑业得以更加速的发展。
当前我国大力发展城市建设,各种建筑耗费大量的水泥,砂石,等建材,而且对于建材需求不再单一,对运输机质量和效率提出了严峻的考验。
对比当今运输机的性能,不难发现人有许多不足之处需要改进,因此,需要在原有垂直运输机的基础上,对原有的传动能力的运输机的多样性进行设计改进,以求来满足高水准的建筑工程要求,螺旋垂直运输机就此应运而生。
1引言
1.1螺旋运输机的应用范围
螺旋运输机是一种常用的不具有挠性牵引构件的连续输送机械。
它是利用工作构件即螺旋体的旋转运动使物料向前运送,是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一,在国民经济的各个部门中得到了相当广泛的应用,已经遍及冶金、采矿、动力、建材、轻工、码头等一些重工业及交通运输等部门。
主要是用来运送大宗散货物料,如煤、矿石、粮食、砂、化肥等。
在水泥工业部门,螺旋运输机主要用来输送水泥生产所需要的原料,同时还伴随进行一些工艺处理,如搅拌、混合等。
螺旋运输机类型较多、结构差异大、设计参数多,并且各参数之间相互联系和相互影响,使得设计和选择工作复杂、难度大,尤其是一些主要参数,如果选择和组合不当,将会严重影响螺旋运输机的生产效率和工作性能。
1.2螺旋垂直运输机的工作原理
螺旋运输机主要有水平和垂直螺旋运输机,可分别沿水平、倾斜或垂直方向输送物料,这两种机型也是最常用的。
螺旋运输机根据结构可分为双螺旋运输机和单螺旋运输机,后者使用较多。
水泥工业中的螺旋运输机主要用于原料的输送和混合,一般采用实体螺旋叶片、中间吊挂轴承、等螺距的单头普通螺旋运输机。
其结构如图1-1所示,它由一根装有螺旋叶片的转轴和料槽组成。
转轴通过轴承安装在料槽两端轴承座上,转轴一端的轴头与驱动装置相联。
料槽顶面和槽底开有进、出料口。
工作原理是:
物料从进料口加入,当转轴转动时,物料受到螺旋叶片法向推力的作用,该推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力,有可能带着物料绕轴转动,但是由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故,才不会与螺旋叶片一起旋转而在叶片法向推力的轴向分力作用下,沿着料槽轴向移动。
图1-1螺旋运输机示意图
螺旋运输机在输送物料过程时,物料的运动由于受旋转螺旋影响,它的运动并非是单纯的沿轴线作直线运动,而是在一复合运动中沿螺旋轴运动,作空间运动。
设螺旋运输机的螺旋为标准等螺距等直径、螺旋面升角为的单头螺旋。
当螺旋面升角α在展开状态时,螺旋线用一条斜直线来表示。
下面以距离螺旋轴线r处的物料颗粒M为研究对象,进行运动分析(图2-1).
旋转螺旋面作用在物料颗粒M上力为P,由于物料与叶片的摩擦关系,P力方向与螺旋面法线方向偏离了β角。
β角的大小由物料对螺旋面摩擦角ρ及螺旋面表面粗糙程度决定,对于一般热压或用冷轧钢板拉制螺旋面,可忽略其表面粗糙程度对β角的影响,即认为β=ρ。
P力可分解为法向分力,和径向分力。
物料颗粒M在P力作用下,在料槽中进行着一个复合运动,既沿轴向移动。
又沿径向旋转,如图1-2所示,既有轴向速度,又有圆周速度,其合速度为V。
当螺旋体以角速度ω绕轴回转时,距离螺旋叶片任一半径r处O点物料颗粒M的运动速度可由速度三角形求解。
叶片上O点线速度Vo就是物料颗粒M牵连运动速度,可用矢量OA表示,方向为沿O点回转切线方向;物料颗粒M相对于螺旋面的相对滑动速度,平行于O点的螺旋线切线方向,可用矢量AB表示。
若不考虑叶片摩擦,则物料颗粒M绝对运动速度V。
应是螺旋面上O点的法线方向,可用矢量OB表示。
由于物料与叶片有摩擦,物料颗粒M自O点的运动速度V的方向应与法线偏转摩擦角ρ。
对V进行分解,则可的到物料颗粒自O点移动轴向速度和圆周速度。
其中,就是料槽中物料轴向输送速度,而则是对物料输送的阻滞和干扰。
根据物料颗粒M运动速度图分析,可得到物料轴向移动速度为:
由于.
所以:
(1-1)
===
由于:
=,(1-2)
所以(1-1)式又可写成:
=(1-3)
同理可得圆周速度:
(1-4)
式中:
S——螺旋螺距,120mm
n——螺旋转速,490r/min
f——物料与叶片问的摩擦系数,f=tanρ,ρ为叶片与物料的摩擦角,
a——螺旋面升角,12.8°。
所以由式(1-4)可得
由式(1-2)及式(1-3),可得出物料在料槽内轴向移动速度和圆周速度随半径r而变化曲线图1-2。
由图1-2可见,在螺旋轴后随半径的增加而减小,因此,物料在螺旋内的移动过程中会产生相对滑动,在半径长度范围内随半径的增加而增加。
故此,靠近螺旋轴的物料的比外层的大,而却比外层的要小;反之,靠近螺旋外侧物料大、小。
这将使内层物料较容易随螺旋轴转动,而产生一个附加物料流。
螺旋在一定转数之前,这种附加的物料流对物料运动影响并不显著。
但是,当超过一定转数的时候,物料就将产生垂直于输送方向的跳跃和翻滚,起搅拌而不起轴向的推进作用。
这不仅会降低物料输送效率,加速设备构件磨损,并且会增大螺旋功率的消耗。
因此,为了避免这种现象产生,螺旋的转数不能超过它临界转速如图(1-2)。
图1-2速度合成图
1.3垂直运输机工作过程
运输机启动并且空载稳定运行后,先预热几分钟,并观察整机是否有无杂音,确定没有问题后,将需要运输的建筑材料从进料口送入,一次不要太多以避免发生意外;建筑物料随着电机带动的螺旋叶片的旋转而上升,最后再从卸料口出来,完成运输过程,示意图如1-3。
图1-3运输机工作示意图
2螺旋垂直运输机的设计参数
2.1输送量
输送量是衡量螺旋运输机生产能力一个重要指标,一般根据生产的需要给定,但它与其他参数密切相关。
在输送物料时,螺旋轴径所占据的截面虽然对输送能力有一定的影响,但对于整机而言所占的比例不大,因此,螺旋运输机的物料输送量可粗略按下式计算:
Q=3600F·λ··ε
式中:
Q——螺旋输送机输送量,t/h
F——料槽内物料层横截面积,,F=φD2/4,其中,φ为填充系数(见表2-1),D为螺旋叶片的直径,
λ——物料的单位容积质量,t/,它同原料种类、湿度、切料的长度以及净化方式、效果等多种因素有关,其值查阅相关手册
ε——倾斜输送系数,考虑螺旋运输机倾斜布置时对物料的输送效果影响,倾斜输送系数见表2-1。
在实际工作中,通常不考虑物料轴向阻滞的影响,因此物料在料槽内的轴向移动速度≈Sn/60。
所以:
Q=60D·S·n·φ·λ·ε(2-1)
由式(2-1)可以看出,螺旋运输机物料输送量与D、s、n、φ、λ、ε有关,Q取0.9时,当物料输送量Q确定后,可以调整螺旋外径D、螺距S、螺旋转速n和填充系数φ等四个参数来满足Q的要求。
表2-1倾斜输送系数
倾斜角度°
倾斜输送系数ε
填充系数φ
0
1
0.5
15
0.92
0.42
30
0.82
0.38
60
0.64
0.35
90
0.46
0.30
2.2螺旋轴转速
螺旋轴转速对输送量有较大影响。
一般说来,螺旋轴转速加快,运输机的生产能力提高,转速过小则运输机的输送量下降。
但转速也不宜过高,因为当转速超过一定极限值时,物料会因为离心力过大而向外抛,以致无法输送。
所以还需要对转速n进行一定限定,不能超过某一极值。
当位于螺旋外径处的物料颗粒不产生垂直于输送方向的径向运动时,则它所受惯性离心力最大值与其自身重力之间应有如下关系:
m
即n/
考虑到不同的输送物料影响
则
所以:
(2-2)
式中:
K——物料的综合系数(见表2-2)
g——重力加速度,m/s
——螺旋最大转速,即临界转速,r/min
令,则式(2-2)可转化为常见经验公式:
(2-3)
式中:
A——物料的综合特性系数,见表2-2。
因此,螺旋输送机螺旋转速应根据物料输送量、螺旋直径和物料特性而定,在满足输送量要求前提下,螺旋转速不宜过高,更不允许超过它的临界转速,即:
式中n为螺旋实际转速,由式2-3得当A取210时n=490r/min。
表2-2物料综合系数
物料块度
磨琢性
举例
填充系数φ
K值
A值
粉状
半磨琢性
水泥、石灰
0.30-0.40
0.0415
210
液状
磨琢性
混凝土、建材料
0.50-0.55
0.654
280
2.3螺旋叶片直径
螺旋叶片的直径是螺旋输送机重要参数,直接关系到运输机生产量和结构尺寸。
一般根据螺旋运输机的生产能力、输送物料的类型、结构和布置形式确定螺旋叶片的直径。
将式(2-3)代入式(2-2),并设,为螺旋螺距与直径的比例系数,一般取,则式(2-2)为:
(2-4)
所以:
令:
则:
(2-5)
式中:
K———物料综合特性系数
物料综合特性系数为经验数值。
一般说来,根据物料的性质,可将物料分成4类。
第1类为流动性好、较轻且无磨琢性的物料;第2类为无磨琢性但流动性较第1类差的物料;第3类为粒度尺寸及流动性同第2类接近,但磨琢性较大的物料;第4类为流动性差且磨琢强烈的物料。
物料的K值见表2-2。
螺旋叶片的直径通常制成标准系列,D=100,120,150,200,250,300,400,500和600mm,目前发展到D=1000mm,最大可达1250mm。
根据式(2-5)计算出来的D值取200mm。
2.4螺距
通常螺距应满足下列两个条件:
即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两个条件,来确定最合理的螺距尺寸。
从图1-2可知,物料颗粒M所受螺旋面在轴向的作用力为:
为使,必须满足α<π/2-ρ,因为在=d/2处的α最大(d为螺旋轴直径),最小,所以许用螺距可由下式求得:
或
若令:
,则
式中:
——物料与叶片问的摩擦系数
——螺旋轴直径系数.=0.3~0.6。
当螺距增加时,虽然轴向的输送速度增大,但是会出现圆周速度不恰当分布情况;相反,当螺距较小时,速度各分量分布情况较好,但是轴向输送的速度却较小。
在确定最大许用螺距时,必须满足第二个条件是建立在使物料颗粒具有最合理速度各分量间的关系基础上,即应使物料颗粒具有尽可能大轴向的输送速度,同时又使螺旋面上各点轴向的输送速度大于圆周速度,即≤,由此可得:
(2-6)
整理得:
S≤2rtan(π/4-ρ),因此在2r=D处(在螺旋外径处),故可将上式写成:
所以螺距S应满足以下两个条件:
(2-7)
物料摩擦系数同物料在料槽里的运动取向、运动速度、物料尺寸、湿度以及螺旋叶片材料及表面的状态等有关。
通常可按下式计算螺距:
(2-8)
对于标准的输送机,通常螺距为=0.8~1.0;当倾斜布置或输送物料流动性较差时≤0.8;当垂直布置时,=0.3~0.6。
取=0.6时由上可得S=120mm。
2.5螺旋轴直径
根据物料的运动分析可知,要保证物料在料槽中的轴向移动,螺旋轴径处的轴向速度要大于0,即螺旋内升角/2-ρ,又因为=f,=S/,所以螺距与轴径之间的关系必须满足的条件之一是:
(2
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