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無吊座螺旋輸送機的設計及應用

點擊數:6時間:2015-10-21 09:37:04 來源:百盛機械

摘要:針對以上有吊座螺旋輸送機的弊病,筆者對輸送距離在13m以下的螺旋輸送機,采用新設計和新工藝,取消了中間吊軸承裝置。

螺旋輸送機廣泛應用于制糖、造紙及礦山等行業,它依靠帶有螺旋葉片的軸在封閉的料槽中旋轉而推動物料運動。傳統的螺旋輸送機,螺旋軸是每3m左右布置一個吊軸承裝置,以增強主軸剛性,該吊軸承裝置主要由軸瓦組成,長期浸沒在輸送物料(如糖漿、紙漿)中間,屬于易損件。在生產的旺季,吊軸承裝置的維修與互換,是生產廠家的生產瓶頸問題。針對以上有吊座螺旋輸送機的弊病,筆者對輸送距離在13m以下的螺旋輸送機,采用新設計和新工藝,取消了中間吊軸承裝置,以下是該種新型螺旋輸送機的關鍵設計及生產應用實踐的簡介。

圖1 傳統螺旋輸送機結構示意圖

圖1 傳統螺旋輸送機結構示意圖

1 新型無吊座螺旋輸送機的設計的關鍵問題

1.1 無吊座螺旋輸送機設計方案的提出

傳統螺旋機設置吊座的原因,主要是因為螺旋軸軸距過長時,在自重的作用下,螺旋軸發生彎曲變形撓曲,為了保持螺旋軸的有效剛度,使葉片各部位與機殼保持間隙一致,不發生刮底殼現象,從而選擇了吊軸承座的裝置。新型的無吊座螺旋輸送機,關鍵是要確定出螺旋軸中各點的下垂量,在主軸變形允許的范圍內,保證葉片各個部位與機殼的距離保持一致。

1.2 螺旋軸中各點下垂量y的確定

螺旋輸送機螺旋主軸可以簡化為以下的受力模型:

螺旋軸受力模型

圖2 螺旋軸受力模型

其中A、B分別為輸送機兩端的軸承支點,L為兩支點之間的距離,y為螺旋軸各點產生點彎曲變形量,C為螺旋軸發生最大彎曲變形的部位,q為螺旋軸在自重作用下各個部位的分布載荷的密度(單位N/m),考慮到螺旋軸是空心主軸和螺旋葉片的組合件,也可以將q理解為單位長度上的螺旋軸重量。

根據單載荷下梁彎曲變形計算公式可知,對此力學模型中梁上任意位置x處在重力作用下發生變形的撓度曲線方程為:

QQ圖片20151021093929.png

式中:E為旋轉軸的彈性模量(GPa),I為各位置處的慣矩(mm4),該值因各個截面對彎曲軸線(z軸)的位置不同而變化。

圖3 螺旋軸截面示意圖

圖3 螺旋軸截面示意圖

雖然不同位置處旋轉軸截面的形狀是完全相同的,如圖3所示。但對于任意截面而言,當旋轉軸旋轉到角度不同時,對z軸對慣性矩是不同對,據組合平面的慣性矩計算公式可知:

QQ圖片20151021093948.png

其中I1為空心軸對z軸的慣性矩,由材料手冊可知:

QQ圖片20151021094003.png

I2是旋轉葉片對z軸的慣性矩,在圖3中可以看到,該截面是一段環型區域,為便于計算,將其簡單視為寬度為t的矩形區域,該值的計算公式為:

QQ圖片20151021094021.png

其中α為截面與水平方向z軸的夾角,根據各截面到螺旋軸起點的距離不同,該角度可由以下公式算出:

QQ圖片20151021094034.png

其中x為任意截面到螺旋軸起點的距離,n為正整數并要求滿足x-nT≤T(T為螺距),所以可以推出:

QQ圖片20151021094049.png

根據以上分析,筆者得到了計算螺旋軸各點撓度(即下垂量)的公式:

QQ圖片20151021094104.png

其中y即為螺旋軸中各點的下垂量,我們可以根據下垂量的大小適當減小螺旋葉片的直徑,從而保證無吊軸承座時,螺旋軸在自重的作用下發生撓曲時,葉片的各個部位與機殼的距離保持一致,螺旋輸送機根據輸送物料的不同,再選擇螺旋軸葉片和機殼間的合理間隙。

根據以上的分析,在制造無吊軸承座螺旋機時,將螺旋葉片的直徑按照式(5)進行變徑處理,就可以進行合理的設計了。

2 螺旋長主軸的制作

螺旋長主軸的制作,主要應該解決兩個重要的問題:螺旋軸的直線度及兩端軸承位的加工精度;兩端軸承位同軸度應保證≤#0.8mm以內,直線度應保證≤$1mm。

2.1 用火焰熱校直方法保證長主軸直線度≤%1mm

火焰熱校直的機理是:在螺旋軸上找出圓跳動最高的點,使其表面向上,進行局部預加熱后,將乙炔火焰集中在最大點,在&60mm的范圍內,迅速加溫到350~450℃,此部位的金屬局部膨脹,在未受熱部分的阻礙作用下,使該處受熱部分的金屬組織受到很大的壓力,當產生的壓力超過材料在此溫度時的屈服極限后,該受熱的一側部分就要發生塑性變形,加熱時螺旋軸的彎曲度還要增加,當冷卻后,該部分金屬組織收縮向相反方向變形,使彎曲部分得到校正。

具體的操作方法如下:

(1)將螺旋軸兩端軸頭放置在V型塊內轉動,找到跳動量最大點并標記

(2)局部加熱;加熱范圍約'60mm圓周范圍內;加熱溫度150~180℃,由中心點向四周預熱。

(3)迅速點溫;集中點溫約(20mm圓周內,加熱溫度700℃左右(呈微紅色)。

(4)停留3~5s,用冷水冷卻淬火。

(5)重復以上步驟,并記錄成下表,直至達到整軸直線度應保證≤)2mm為止。

2.2 改造C620車床加工13m長軸

對長軸加工的要求為,保證兩端軸承位同軸度應≤*0.8mm,具體的實施方法是:

(1)把車床尾座延伸至14m;

(2)用工字鋼做成14m長的簡易床身,用墊鐵支撐尾座;

(3)用水平校平儀校平尾座水平面,并用拉線法校正尾座中心高;

(4)把工件吊放在車床上,用劃針校平工件高度;

(5)開機床,轉速6~9r/min,走刀量0.1~0.2mm/r;

表1 校正前后跳動量比較

1
4
2
3
5
6
校正前
3
2
2.8
2.5
2.6
2.4
校正后
1.5
0.5
1.4
1.3
1.3
1.2

(6)由于工件自重的影響,引起長軸的彎曲,工件往往因瞬時離心力離開卡爪,瞬時接觸卡爪,引起震動;此時應頂住工件,避免震動;

(7)車刀的選擇:為減少徑向分力,減少工件彎曲,車刀的主偏角Kr=90°,可減少切削力,前角γ=15°,并磨出斷屑槽,使切屑切斷。該方法經廣西農機院工廠實際操作,加工精度經檢驗完全符合圖紙要求,方法是成功的。

3 實踐應用

新型設計制作的無吊座螺旋輸送機,在廣西區內大企業如貴糖集團、泰國東亞紙業、廣西大新錳礦的技改中使用三年多的情況來看,具有維護簡單,不堵料的顯著特點,取得了良好的社會效益及經濟效益。

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