螺旋输送机输送机理及其主要参数的确定黄石茂(华南理工大学工业装备与控制工程系广州510641)摘要本文对造纸工业中用于原料及浆料输送的螺旋输送机的输送机理进行了分析探讨,为螺旋输送机的工作参数和结构参数的确定提供了理论依据。1前言造纸工业中的螺旋输送机主要用于原料和浆料的输送,一般采用实体螺旋叶片、无吊挂轴承、等螺距的单头普通螺旋输送机。其结构如图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。其工作原理是: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,但由于物料本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故,才不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螺旋输送机结构示意图1-进料口2-槽体3-螺旋轴4-卸料口2物料输送机理分析设螺旋为标准的等螺距、等直径、螺旋面升角α的单头螺旋。以距离螺旋轴线r处的物料颗粒M作为研究对象,进行运动分析(图2)。旋转螺旋面作用在物料颗粒M上的力为P,由于物料与叶片的摩擦关系,P力方向与螺旋面的法线方向偏离了β角。β角的大小由物料对螺旋面的摩擦角ρ及螺旋面的表面粗糙程度决定,对于一般热压或用冷轧钢图2螺旋面作用在物料颗粒上的力72《广东造纸》1998年.No.3板拉制的螺旋面,可忽略其表面粗糙程度对β角的影响,可认为β≈ρ。P力可分解为法向分力P1和径向分力P2。物料颗粒M在p力作用下,在料槽中进行着一个复合运动,即沿轴向移动,又沿径向旋转,如图3所示,既有轴向速度V1,又有圆周速度V2,其合速度为V。当螺旋体以角速度W绕轴回转时,若在螺旋叶片任一半径r的O点处有一物料颗粒M,则物料颗粒M的运动速度可由图3的速度三角形求解。叶片上O点的线速度V0=r图3物料运动速度·W,就是物料颗粒M牵连运动的速度,可用矢量OA_表示,方向为沿O点回转的切线方向;物料颗粒M相对于螺旋面相对滑动的速度,平行于O点的螺旋线切线方向,可用矢量AB_表示。当不考虑叶片摩擦时,则物料颗粒M绝对运动的速度Vn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。现对V进行分解,则可得到物料颗粒自O点移动的轴向速度V1和圆周速度V2。因此,V1就是料槽中物料的输送方向,而V2则是对物料输送的阻滞和干扰。根据物料颗粒M运动速度图的分析,物料轴向移动的速度为:V1=Vcos(α+ρ)由于V=VncosρVn=V0·sinα∴V1=V0sinαcosρcos(α+ρ)而V0=ω·r=πn30·S2πtgα=Sn60tgα∴V1=Sn60cos2α(1-ftgα)(1)由于cosα=11+(S2πr)2,tgα=S2πr所以(1)式又可写成:V1=Sn60×1-f·S2πr(S2πr)2+1(2)同理可得:V2=Sn60×S2πr+f(S2πr)2+1(3)式中S———螺旋螺距(mm);n———螺旋转速(r/min);f———物料与叶片间的摩擦系数,f=tgρ,ρ为叶片与物料的摩擦角(°)α———螺旋面升角(°)。据此,可得出物料在料槽内轴向移动速度V1和圆周速度V2随半径r而变化的曲线图(图4)。图4螺距一定时V1、V2变化曲线由图4可见,V2在半径长度范围内是变化的,因此,物料在螺旋内的移动过程中要产82《广东造纸》1998年.No.3生相对滑动。靠近螺旋轴的物料的V2比外层的大,而V1却比外层的要小;反之,靠近螺旋外侧的物料V1大、V2小。这将使内层物料较容易随螺旋轴转动,因而产生一个附加的物料流。螺旋在一定的转数之前,这种附加的物料流对物料运动的影响并不显著。但是,当超过一定的转数时,物料就会产生垂直于输送方向的跳跃的翻滚,起搅拌而不起轴向的推进作用。这不仅会降低物料的输送效率,加速设备构件的磨损,而且会增大螺旋功率的消耗。因此,为了避免这种现象的产生,螺旋的转数不得超过它的临界转速。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的最大值与其自身重力之间应有如下关系:mω2maxR≤mg即πnmax30R≤gRπnmax30R=KgRnmax=30KgπR=30K2gπD(4)式中K———物料的综合系数,见表1;D———螺旋直径(mm);g———重力加速度(m/s2);nmax———螺旋的最大转速,即...
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