倾斜式螺旋输送机的设计

倾斜式螺旋输送机的设计

摘要：螺旋输送机是一种常用的不具有挠性牵引构件的连续输送机，被广泛用于运送大宗的散货物料，像煤炭、石子、小麦、砂石、化肥之类的物料。其工作原理是利用螺旋轴带动螺旋叶片转动从而对物料造成法方向的推力，推力的径向分力会有物料的摩擦力发生作用导致物料不能正常运输，另外物料的重力会与料槽对物料造成的摩擦力发生作用使得物料不与螺旋叶片同时转动，这样就能够正常运输物料。

随着我国高速大宗贸易的持续高速发展，对螺旋输送机的需求越来越大，针对于此，本次毕业设计的目的是完成一种螺旋输送机的设计，主要包括机械结构和驱动装置设计及计算，并完成了传动系统的设计。此次设计重点就是该装置的主要零部件，包括螺旋输送机的螺旋直径、螺距，进、出料口，及选择叶片形式跟中间轴承，落选中间轴的计算选型。

关键词：螺旋输送机；电动机；减速器；螺旋叶片；螺旋轴

摘要： I

Abstract: II

第一章引言 1

1.1 螺旋输送机的技术现状和发展趋势 1

1.1.1 国外螺旋输送机技术的发展现状 1

1.1.1.1理论分析方面 1

1.1.1.2 设计制造 1

1.1.2 国内螺旋输送机技术的发展现状 2

1.1.2.1结构参数和螺旋叶片形状方面 2

1.1.2.2 设计理论研究方面 3

1.1.3 国内外螺旋输送机技术的差距 3

1.2螺旋输送机工作原理和主要特点 4

1.2.1螺旋输送机的工作原理 4

1.2.2 螺旋输送机的主要特点 4

1.3 螺旋输送机规格、技术参数 5

1.3.1 LS型系列螺旋输送机型号规格 5

1.3.2 螺旋输送机的技术参数 5

第二章总体方案设计 7

2.1总体方案设计 7

2.1.1传动布置方案 7

2.1.2设备的工作要求 7

2.2螺旋输送机整体结构设计 7

2.3 本次设计给定的已知条件及要求 8

2.3.1 设备的工作条件 8

2.3.2 原始数据 8

2.3.3 设计要求 8

第三章机体主要零部件设计 9

3.1 机体主要部件的介绍 9

3.1.1 螺旋输送机的组成 9

3.1.2 螺旋输送机的布置形式 9

3.1.3 机体主要部件选择 9

3.1.4中间轴承装置 13

3.2 机体主体的计算设计 14

3.2.1 螺旋轴的内外径计算 14

3.2.2 螺旋叶片的设计与计算 14

3.2.3 进出料口的设计选择 16

3.2.4 支承轴承 16

第四章传动方案及减速器的设计 18

4.1 传动方案的选择 18

4.2 电动机的选择 18

4.2.1 选择电动机类型和结构形式 18

4.2.2 选择电动机的容量 19

4.2.3 确定电动机的转速 19

4.2.4 选择电动机型号 20

4.3 确定传动装置的传动比、各级参数 20

4.3.1 确定传动装置的传动比 20

4.3.2 计算各级运动参数与动力参数 20

4.4涡轮蜗杆减速器的运动和动力参数 21

4.5减速器的蜗杆设计 22

4.5.1 选择蜗杆传动类型 22

4.5.2 选择材料 22

4.5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 23

4.5.4 蜗杆、蜗轮尺寸及参数 24

4.5.5 校核齿根弯曲疲劳强度 26

4.5.6 效率验算 27

4.5.5 确定精度等级公差及表面粗糙度 27

第五章机体密封及润滑方式设计 28

5.1 润滑方式 28

5.2机体密封 28

5.2.1 轴部外伸部位密封 28

5.2.2 密封轴承内部 28

5.3 其余部件设计 28

5.3.1 窥视孔及窥视孔盖的设计 28

5.3.2 油标、油塞、排油孔的设计 29

结论 30

致谢 31

参考文献 32

1.课题研究的目的和意义：

倾斜螺旋输送机，又称移动式螺旋输送机或绞龙输送机，由于该机可随意移动，且水平、倾斜、垂直任意位置均能连续输送，所以特别适用于野外流动作业，如混凝土搅拌站、散状物料仓储转运等场合尤能体现其先进性和优越性。具有以下优点：

1）适用性广，凡是物料适合螺旋输送的场合均可采用该机型进行输送，无论是水平、倾斜还是垂直状态均可连续输送，尤其是倾斜和垂直输送时它可直接与其配套的设备联接固定，不需要地基基础，充分利用空间。

2）具有良好的密封性，无粉尘和污染泄漏现象，即不浪费物料又创造了良好的工作环境。

3）螺旋体直径小、转速高、输送量大，特别适用于倾斜和垂直输送。

目前广泛使用于粮食工业，建筑材料工业，化学工业，交通运输等部门，如输送水泥，化学品，砂子，面粉，盐类等。

本次毕业设计从总体设计、关键部件计算、三维建模等方面入手，设计一种倾斜螺旋输送机。

2.倾斜式螺旋输送机的国内研究现状：

2.1：结构参数和螺旋叶片形状方面

对我国而言倾斜式螺旋输送装置已经被许多行业应用于生产制造方面广泛应用，对于螺旋装置来说它的结构参数和叶片的形状种类比较多。而且从结构参数方面来说的话，有变速、变螺距、变外壳直径、变轴径、大倾角、可伸缩等螺旋输送装置。除了这些以外还有一种有无轴螺旋输送装置，可以适用在污泥、垃圾、农作物、以及一些粗饲料等物品的输送上。但是由于造假成本过于高昂，并且还受到结构参数方面的影响并没有在国内广泛进行推广应用。国内有不少学者对于螺旋式输送机这方面做过不少研究，然而他们的研究结果表明，去进行合理设计还有改进输送机的结构参数对于解决现实意义上的堵塞、效率低下、功耗过大、寿命较短的方面均有效果。我们对于堵塞问题不少的学者做过多方面的研究讨论，通常是由于螺旋叶片以及壳体的间隙过小我们对于输送物料流动性比较差或者就是我们输送机的输送长度大于5m的时候所用的吊轴承所造成的。针对以上问题，李学哲对小直径的螺旋输送机堵塞原因进行了分析并提出了改进措施[2]

针对不同物料的特性进行结构参数的优化，对提高输送效率，减少功率消耗，具有极为重大的意义，我们国内学者进行了大量研究。张东海[3] 运用遗传优化算法，建立出了对螺旋输送机参数优化的数学模型，并对模型这方面进行了参数化设计及优化，对于他应用改进的遗传算法得到比较好的螺旋输送机优化结果。李晓豁，林其岳[4] 等人运用运用了遗传算法和蚂蚁算法的混合算法（GAAA算法）对螺旋钻采煤机输送机构进行参数优化；优化结果达到了，提高输送效率，降低功率消耗的目的。

在国内我们经常容易接触到的螺旋面分为四种类型：实体螺旋、浆状叶片、带式螺旋和齿状叶片，我们需要根据我们要运输的物料类别以及物理特性来选择。而我们国内目前应用最广泛的便是实体螺旋这一种，它具有生产率较高、以及结构简单的特点，并且十分适合输送干燥的粉状还有具有粘附性的材料：其次对浆状叶片来说，它适用于去输送一些已经被挤压成块状和粘性潮湿的物料，而且在输送物料的过程中对运送物料具有极为强烈的松散、搅拌等作用；接下来带式螺旋在国内运用的也不少，多用于块状、颗粒比较大以及稍微具有一些黏性的物料，并且输送的物料需要较为均匀，并且也可用于两种物料混合运输的情况；最后齿状叶片可以用来运输粘性较强、并且腐蚀性比较强的物料，在运输过程的同时还带有松散和搅动作用。

2.2设计理论研究方面：

在我国不少学者针对了许多水平以及垂直螺旋输送装置的各个参数进行了大量的实验研究，结果说明了基本上所有机型都能够满足要输送的要求。并且还指出来，随着螺旋输送机在各个行业中很多应用方面的拓展，对输送机的性能要求变得越来越高，所以我们需要去完善我们的设计理论还有理论分析，并且要去深入去研究输送机的工作性能，并且还要进行有效的方式去解决我们在生产过程中和制造过程中遇到的一系列问题，并要提高我们机器的劳动生产率，实现生产制造业的输送机械化和自动化都有很多的现实意义。

综合了大量的文献有大多部分的理论研究集中在我们对螺旋输送装置的理论分析设计研究这方面以及给出不少合理的计算推理方法。尹忠俊[5] 等人通过了对于新型开式螺旋输送机的输送机理还有理论进行了分析设计探讨，从运动理论分析角度出发来探讨螺旋输送机的输送原理，得出我们能够避免产生阻碍物料流动的条件，物料填充角度以及输送机的螺旋转速满足的条件；我们推导出输送机里面的料槽拥有的初速度中开式螺旋输送机的理论参数设计计算公式；并且还给出了在输送过程中物料输送速度随着螺旋外径以及螺距的变化曲线。这些研究的话主要都集中在我们对倾斜式螺旋输送机的输送机理进行理论分析，对于螺旋轴进行强度设计及校核还有轴承的寿命预测并且对螺旋叶片的设计，外密封装置的研制，传动装置的设计还有驱动输送机转动的电机选择等很多方面都做了研究并且还给出了详细的计算公式。然而，对我们传统设计理论还有设计方法来说，过程就比较繁琐而且加工精度比较低，并且还是存在着生产效率低、能源功耗大等一些关键问题仍未解决。

2.3参数优化研究方面：

随着时代的发展螺旋输送机在各行业中许多应用使用的扩大，现在对其使用要求以及性能要求变得越来越高。但在目前而言在实际应用过程中仍然还存在着许多能源功耗大、生产效率低下等许多问题，解决这些问题有很多方法，但是其中最为有效的一种便是使用先进的手段对输送机的输送过程进行动态实时监控及对输送机构的性能进行不断地优化设计。

对螺旋输送过程的动态监控方面，国内有不少学者做过很多关于这方面的研究工作。其中在我搜集了许多文献的过程中发现了，太远科技大学的学者们针对着垂直螺旋输送装置研究比较多，并且在研究过程中还获得了一定的科研成果。孟文俊等人对垂直螺旋输送机内的散体物料的分布情况进行了一定的分析，而且说明了输送机器里的散料都能够看做非牛顿流体，然后在使用FLUENT软件对垂直螺旋输送机的运输过程进行了模拟的仿真设计，并且得到了输送物料在运输机内的任意位置所有物料的分布规律情况[6] ；同时他们还指出了，用以上的几种原理可以能够计算出垂直螺旋输送机里面任何位置的物料分布情况。其中李海燕在使用颗粒仿真软件（EDEM）内建立被输送散体颗粒中的实体类模型，并且使用了离散单元法（DEM）进行了对模拟仿真垂直输送装置的性能参数对于输送性能的影响情况，并且也分析了输送机内散体物料的流动状态[7] 。

3.倾斜式螺旋输送机的国外研究现状：

3.1理论分析方面

国外的倾斜式螺旋输送机适用于流动性较好的物料的中短距离的输送以及提升，通常用来输送散件物料和干燥的固体颗粒，并能够十分准确的控制物料输送量。在国外有很多学者用了一些方法通过对水平和垂直输送装置的输送过程进行理论分析，并且通过对输送性能进行评估，而且在分析的过程中找出了影响因素和其因素之间的一些关系。在其中Chris Rorres 等人研究了机器本身的结构参数对于输送机的输送性能的影响[8-10] ；Philip J.OWEN,Paul W.CLEARY 等人研究了输送对象的输送特性对于输送机输送性能的影响[11-12] 。

另外瑞典学者Nilsson 和芬兰学者Rademacher[13] 两人提出了运用力学的理论分析方法来分析输送机内的物料，他们把散粒物料来抽象成理想的流体，去分析作为理想流体在输送过程中的一个整体的流动以及他们的规律性，来得到物料在运输过程中的自由表面以及他们的压力分布解析图。他们又通过对于螺旋输送机的理论进行深入的研究，对老的螺旋输送机的机理有了更为深入的认识，然而他们对于螺旋输送的理论分析却还不够完善，在很多参数上对于输送机的输送性能的影响了解还是不够。因此我们在设计的过程中还有很多的结构参数需要依靠前人的经验公式才能够确定，因而我们在真正的生产过程中输送量控制的不够准确，效率低下，功耗较大等很多缺点仍然需要我们进一步的研究改进。

3.2设计制造

其实在国外他们的螺旋输送机械发展的比较早，所以螺旋输送机的设计制造已经基本成熟。除了不少常用的螺旋输送机外，在国外很多厂家研制的螺旋输送装置除了他们的常规结构以外也会根据不同的应用场合来设计出不同的特种结构型螺旋输送机：锥形直径螺旋、锥形轴及边螺距螺旋和锥形轴边螺距螺旋等。但是这些类型的螺旋输送机都由于他们的结构复杂、制造成本较高、功耗较大，所以不适应普遍的公司生产要求，并没有被市场广泛的应用，它们还需要进一步的完善。

螺旋输送机的不少加工方法上，螺旋叶的成型方法对于机械的强度以及刚度都有不少影响。20世纪60年代，英国科学家提出了锥辊异面辗轧成型理论，并且将冷轧成型理论研究与试验技术去应用到了螺旋叶片的实际生产过程中，然后可以使得螺旋叶片的前期生产方式发生根本性的改变。IeBxo B M 在20世纪80年代进一步发展完善了冷轧成型理论。而在现在螺旋叶片锥辊连轧成型技术越来越趋向对于超大叶片、超厚叶片、等厚叶片、大变形叶片、高强度叶片以及微型叶片的生产工艺进行研究，还有加工设备研制、轧制过程的数值模拟与系统仿真等多方面的研究。

除了以上提及的螺旋输送装置外，还有公司把不同规格的水平螺旋输送机以及垂直螺旋输送机组合起来形成一个卸船机系统。在国外很早之前他们就已经开始对于螺旋卸船机进行了或多或少的研究，其中技术领先的公司有瑞典的Siwertell和Carlsen公司、意大利的VAM公司以及法国的IBAV公司，他们的单机卸船能力都已经达到了1000t/h以上，其中Siwertell公司新研发的螺旋卸船机的卸船能力已经达到了2700t/h。

3.3仿真研究方面

如今，在仿真方面，已经由三维试图层面上升到动态仿真以及动画仿真，运用一些新型的模拟现实软件，能够模拟出整个工程的运行过程。并且在螺旋输送机的设计上，可以运用虚拟的样机技术对机器进行动态监控以及可视化分析。Peter[14] 等人通过运用DEM法，实现了对于螺旋输送机的运动仿真;Keisuke Uchida[15] 通过运用X射线的测量技术来实现了对螺旋加料器粉末流的扩散系数进行可视化研究；有限元分析法目前被许多设计行业用来广泛运用，运用有限元分析法能够实现物料在螺旋运输机内的整个运动过程的动态观察以及分析。而且我们可以通过螺旋输送机的动态分析与监控技术，来进行设计选择最优的结构参数，从而提高我们的螺旋输送机运行性能以及其可靠性。

4.螺旋输送机的应用研究

相较国外螺旋输送机的发展现状，我国现有螺旋输送机发展依然运用了不少的刚性理论，并且在市场上各行各业的发展并不是很均衡，而且缺少必要的动态分析与检测装置，其次还缺少可控软件启动技术以及运行的功率平衡技术，装机功率相差较大，设备运行的可考虑较低，生产率同样较低。而国外设备大型化，应用动态分析以及很多自动化技术，新型的高可靠性关键元部件的技术，设备运行性能好，运输效率较高。我们需要借鉴外国比较成熟的计算机仿真技术以及静态分析与动态分析的设计方法，并且将其能够运用到我国的螺旋输送机构的设计及制造上来。

在现在的市场螺旋输送机作为一种输送机械，应用于很多工业中的物料运输，就拿造纸工业来说，主要用于原料以及浆料的运输。然而由于造纸原料的多样性，使得原料的特性会随着原料的种类、产地等多种因素的区别会产生一系列的不同，并且水平或者倾斜式和立式螺旋输送器的工作机理也都不为相同。因此，在我们确定了螺旋输送机的全部主要参数之前，应该根据不同物料的物理特性、输送要求及工作环境等多种因素来进行综合的考虑，并且要在查阅相关的资料同时，还要尽可能的能够多的进行一系列的实验，去获得较为准确的相关主要参数。因为只有这样做才能够实实在在的设计出较为符合我们所需要的物料特性、并且能够满足我们市场上实际的生产要求的螺旋输送机。

在查阅了相关资料的情况下我发现了一种高温水冷倾斜25度螺旋输送机，它是用于3MW循环硫化床锅炉岛系统热态试验台工程中要求450度的锅炉循环灰再次利用，因此，我们需要的配套螺旋输送给料机需要倾斜25度并且要能够耐高温。我们现有的螺旋输送机使用环境温度只是-20度-50度，要求物料的温度能够小于200摄氏度、并且输送机的倾角B≤20°、输送的长度一般需要小于40m。然而当输送倾角B＞20°，并且输送物料的温度高于200°C时，我们现有的螺旋输送机由于安装倾角大、螺旋体变形，使得我们无法正常使用，在太原锅炉集团的专家们的创新下，设计了高温水冷倾斜25°螺旋输送机，这种输送机针对实验平台的技术要求，通过自身的结构特点，使得其完成了450°C锅炉循环灰的物料输送。

结论

在我这次的毕业设计中包含：对螺旋输送机的总体方案进行设计；机体主要部分进行设计计算；传动系统的设计计算；其他部件的选择，最后绘制出装配图及零件图附加一张三维图；并且编写完成说明书。

在确定了输送机的输送功率后选择电动机。要用齿面接触疲劳强度来计算减速器涡轮参数，在进行校核；根据经验公式计算出所需数据。机体中所需的部件我设计计算了螺旋叶片直径，螺距的确定，料槽，进出料口，螺旋叶片的形式，中间轴承，螺旋轴等。

要通过改进中间轴承的材质构造来达到延长螺旋输送机的使用寿命的目的。改进两个特点：

A、用高密度耐磨合金钢来连接轴，减少材料使用，并且增加运输量，减少油的添加。

B、用“插接式”连接法来进行轴的连接：为了不产生螺丝根切现象及噪声就得在通过法兰连接时多注意轴的磨损情况。

另外要注意的还有不能够使用我设计的螺旋输送机来运输有污染、有粘性的物料，因为这些物料会对螺旋轴和螺旋叶片造成损害，在运输次数较多以后就会容易产生堵塞，不能正常使用。LS型螺旋机螺旋直径从200毫米到500毫米，分为五种类别，长度从4米到70米，每隔0.5米一种，要在标准工程长度的基础上进行选择。

参考文献

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