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无吊座螺旋输送机的设计及应用

点击数:6时间:2015-10-21 09:37:04 来源:百盛机械

摘要:针对以上有吊座螺旋输送机的弊病,笔者对输送距离在13m以下的螺旋输送机,采用新设计和新工艺,取消了中间吊轴承装置。

螺旋输送机广泛应用于制糖、造纸及矿山等行业,它依靠带有螺旋叶片的轴在封闭的料槽中旋转而推动物料运动。传统的螺旋输送机,螺旋轴是每3m左右布置一个吊轴承装置,以增强主轴刚性,该吊轴承装置主要由轴瓦组成,长期浸没在输送物料(如糖浆、纸浆)中间,属于易损件。在生产的旺季,吊轴承装置的维修与互换,是生产厂家的生产瓶颈问题。针对以上有吊座螺旋输送机的弊病,笔者对输送距离在13m以下的螺旋输送机,采用新设计和新工艺,取消了中间吊轴承装置,以下是该种新型螺旋输送机的关键设计及生产应用实践的简介。

图1 传统螺旋输送机结构示意图

图1 传统螺旋输送机结构示意图

1 新型无吊座螺旋输送机的设计的关键问题

1.1 无吊座螺旋输送机设计方案的提出

传统螺旋机设置吊座的原因,主要是因为螺旋轴轴距过长时,在自重的作用下,螺旋轴发生弯曲变形挠曲,为了保持螺旋轴的有效刚度,使叶片各部位与机壳保持间隙一致,不发生刮底壳现象,从而选择了吊轴承座的装置。新型的无吊座螺旋输送机,关键是要确定出螺旋轴中各点的下垂量,在主轴变形允许的范围内,保证叶片各个部位与机壳的距离保持一致。

1.2 螺旋轴中各点下垂量y的确定

螺旋输送机螺旋主轴可以简化为以下的受力模型:

螺旋轴受力模型

图2 螺旋轴受力模型

其中A、B分别为输送机两端的轴承支点,L为两支点之间的距离,y为螺旋轴各点产生点弯曲变形量,C为螺旋轴发生最大弯曲变形的部位,q为螺旋轴在自重作用下各个部位的分布载荷的密度(单位N/m),考虑到螺旋轴是空心主轴和螺旋叶片的组合件,也可以将q理解为单位长度上的螺旋轴重量。

根据单载荷下梁弯曲变形计算公式可知,对此力学模型中梁上任意位置x处在重力作用下发生变形的挠度曲线方程为:

QQ图片20151021093929.png

式中:E为旋转轴的弹性模量(GPa),I为各位置处的惯矩(mm4),该值因各个截面对弯曲轴线(z轴)的位置不同而变化。

图3 螺旋轴截面示意图

图3 螺旋轴截面示意图

虽然不同位置处旋转轴截面的形状是完全相同的,如图3所示。但对于任意截面而言,当旋转轴旋转到角度不同时,对z轴对惯性矩是不同对,据组合平面的惯性矩计算公式可知:

QQ图片20151021093948.png

其中I1为空心轴对z轴的惯性矩,由材料手册可知:

QQ图片20151021094003.png

I2是旋转叶片对z轴的惯性矩,在图3中可以看到,该截面是一段环型区域,为便于计算,将其简单视为宽度为t的矩形区域,该值的计算公式为:

QQ图片20151021094021.png

其中α为截面与水平方向z轴的夹角,根据各截面到螺旋轴起点的距离不同,该角度可由以下公式算出:

QQ图片20151021094034.png

其中x为任意截面到螺旋轴起点的距离,n为正整数并要求满足x-nT≤T(T为螺距),所以可以推出:

QQ图片20151021094049.png

根据以上分析,笔者得到了计算螺旋轴各点挠度(即下垂量)的公式:

QQ图片20151021094104.png

其中y即为螺旋轴中各点的下垂量,我们可以根据下垂量的大小适当减小螺旋叶片的直径,从而保证无吊轴承座时,螺旋轴在自重的作用下发生挠曲时,叶片的各个部位与机壳的距离保持一致,螺旋输送机根据输送物料的不同,再选择螺旋轴叶片和机壳间的合理间隙。

根据以上的分析,在制造无吊轴承座螺旋机时,将螺旋叶片的直径按照式(5)进行变径处理,就可以进行合理的设计了。

2 螺旋长主轴的制作

螺旋长主轴的制作,主要应该解决两个重要的问题:螺旋轴的直线度及两端轴承位的加工精度;两端轴承位同轴度应保证≤#0.8mm以内,直线度应保证≤$1mm。

2.1 用火焰热校直方法保证长主轴直线度≤%1mm

火焰热校直的机理是:在螺旋轴上找出圆跳动最高的点,使其表面向上,进行局部预加热后,将乙炔火焰集中在最大点,在&60mm的范围内,迅速加温到350~450℃,此部位的金属局部膨胀,在未受热部分的阻碍作用下,使该处受热部分的金属组织受到很大的压力,当产生的压力超过材料在此温度时的屈服极限后,该受热的一侧部分就要发生塑性变形,加热时螺旋轴的弯曲度还要增加,当冷却后,该部分金属组织收缩向相反方向变形,使弯曲部分得到校正。

具体的操作方法如下:

(1)将螺旋轴两端轴头放置在V型块内转动,找到跳动量最大点并标记

(2)局部加热;加热范围约'60mm圆周范围内;加热温度150~180℃,由中心点向四周预热。

(3)迅速点温;集中点温约(20mm圆周内,加热温度700℃左右(呈微红色)。

(4)停留3~5s,用冷水冷却淬火。

(5)重复以上步骤,并记录成下表,直至达到整轴直线度应保证≤)2mm为止。

2.2 改造C620车床加工13m长轴

对长轴加工的要求为,保证两端轴承位同轴度应≤*0.8mm,具体的实施方法是:

(1)把车床尾座延伸至14m;

(2)用工字钢做成14m长的简易床身,用垫铁支撑尾座;

(3)用水平校平仪校平尾座水平面,并用拉线法校正尾座中心高;

(4)把工件吊放在车床上,用划针校平工件高度;

(5)开机床,转速6~9r/min,走刀量0.1~0.2mm/r;

表1 校正前后跳动量比较

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)由于工件自重的影响,引起长轴的弯曲,工件往往因瞬时离心力离开卡爪,瞬时接触卡爪,引起震动;此时应顶住工件,避免震动;

(7)车刀的选择:为减少径向分力,减少工件弯曲,车刀的主偏角Kr=90°,可减少切削力,前角γ=15°,并磨出断屑槽,使切屑切断。该方法经广西农机院工厂实际操作,加工精度经检验完全符合图纸要求,方法是成功的。

3 实践应用

新型设计制作的无吊座螺旋输送机,在广西区内大企业如贵糖集团、泰国东亚纸业、广西大新锰矿的技改中使用三年多的情况来看,具有维护简单,不堵料的显著特点,取得了良好的社会效益及经济效益。

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