无级变速螺旋给料器的设计

无级变速螺旋给料器的设计

摘要：螺旋给料器是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械，是现代化生产不可缺少的重要机械设备之一。广泛应用于各行业，如建材、化工、电力、冶金、煤炭、粮食等行业。适用于水平和倾斜输送粉状、粒状和小块状物料。不适用于输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。螺旋给料器由料槽、螺旋体、轴承及驱动装置组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承，由驱动装置驱动。无级变速是指通过改变交流电频率来调节电机的转速，从而改变速度的快慢。而在调速的过程中，具有冲击小、平缓的进行换速，是一种理想的高效率、搞性能的调速手段。能够满足工程生产中的要求，还能够减轻工人的劳动强度，提高生产率，实现物料输送过程的机械化和自动化。

此次设计使用优化思想和方法，通过对给料器完整的设计计算使得输送量和效率得到较合理的匹配，输送性能和传输能力的主要参数分析和使用与改善在生产上的实用合理性。课题对螺旋给料器的设计研究的方法、理论分析结合起来，对整机进行全面的性能、参数的影响深入研究。根据选型要求，设计参数选择的原则和方法鉴定确定该机为LS型螺旋给料器。优化螺旋叶片，结合实际完成的工作目标经过计算后采用右旋弯曲母线螺旋面满面式叶片，确定最合理的填充系数即进料量、螺距大小等。采用变频调速器或调速电机，使螺旋给料器应用中提高劳动生产率、改善质量、提高设备自动化程度等。

关键词：无极变速螺旋给料器变频器

Design of continuously variable speed screw feeder

Abstract:Screw feeder is a common continuous conveyor that has not flexible traction, it is one of the important and indispensable manchinery and equipment .Widely used in warious industries, such as building materials, chemicals, power, metallurgy, coal, grain etc. Apply to horizontal and inclined conveying powder, granular and small bulk materials. Does not apply to transport perishable, viscous, easy caking materials. Screw feeder make up of trough, spirocheres, bearings and drive components. Spirochete is supported of both ends of bearings and the middle suspension of bearings, divern by the dive. Continuously Variable Transmission is adjusted motor speed by changing the frequency of AC, thus changing the speed. In the speed of the process, with the impact of small, gentle to exchange rate, it is an ideal high-efficiency and high-performance speed control means. It can meet the engineering requirements of the production and can also ruduce workers labor intensity, improve productivity, to achieve material handling process mechanization and automation.

The design uses ideas and methods of optimization, through the feeder allows the complete design and calculation of transmission capacity and efficiency of a more reasonable match, transmission performance and transmission capacity of the main parameters of the analysis and use in the production and improvement of practical rationality. Subject to the design research methods of screw conveyor, theoretical analysis combined the performance of the machine to conduct a comprehensive, parameters of in-depth study. According to model selection, design parameters to determine the principles and methods of identification of aircraft for the LS-type screw conveyor. Optimization of spiral blades, combined with the actual completion of work objectives through the calculated use of R-bend helical sounded style blade, to determine the most reasonable fill factor that is feeding quantity, pitch size. With frequency converter or motor, so screw conveyor applications to improve productivity, improve quality, increase the degree of automation equipment.

Keyword: Infinitely variable Spiral Feeder Inverter

目录

1. 引言 (1)

2. 螺旋给料器概述

2.1 螺旋给料器的基本结构 (2)

2.2 螺旋给料器的类型 (3)

2.2.1 水平螺旋给料器 (3)

2.2.2 倾斜螺旋给料器 (3)

2.2.3 垂直螺旋给料器 (4)

2.3 螺旋给料器的特点 (4)

2.4 螺旋给料器的研究现状 (4)

2.5 螺旋给料器的发展趋势 (5)

3. 螺旋给料器工作原理及主要构件的设计和选用

3.1 水平螺旋给料器的工作原理 (6)

3.2. 螺旋体 (7)

3.2.1 螺旋叶片 (7)

3.2.2 螺旋轴 (11)

3.2.3 轴承 (12)

3.2.4 机槽 (13)

3.2.5 驱动装置 (17)

4. 水平给料器工作过程分析

4.1 物料的运动分析和叶片的设计 (19)

5. 总体设计计算

5.1 被输送物料的名称及特性 (27)

5.2 选型要求 (27)

5.3 螺旋给料器的设计计算 (27)

5.3.1 确定螺旋直径 D (30)

5.3.2 确定螺旋转速 n (30)

6. 总体尺寸设计

6.1 LS 螺旋给料器的外形及尺寸 (31)

6.2 附件尺寸 (31)

6.2.1 进出料口 (31)

7. 无级变速器

7.1 变频调速器 (33)

7.1.1 变频调速器的基本原则 (34)

7.1.2 变频调速器的工作原理 (35)

7.2 变频调速器的选型 (37)

7.2.1 变频调速器的选用原则 (37)

7.3 变频调速器的特点 (41)

7.3.1 变频调速器优点 (41)

7.3.2 变频调速器的缺点 (45)

结论 (47)

参考文献 (48)

致谢 (49)

1. 引言

本次设计课题是无级变速螺旋给料器，刚接触时，脑海中找不到与之相对应的图片、资料，所以，很茫然。为了能更好的了解这个课题，我查看了一些相关书籍，也在网上找到了一些相关的资料。但是都只是一般介绍，没有很细的资料。另外，由于在学校中很少与在实际生产运用中的机器接触，即使通过书籍见过相关描述，也不能很好的了解和描绘那些图片，所以，在这样的情况下，只能摸索着前进。当然了，通过对书本和网上的资料进行整理，慢慢了解并开始着手设计。

螺旋给料器的构造及其工作原理均与螺旋输送机相似，不同之处主要是螺旋给料器的输送距较短。所以了解螺旋给料器，可以通过了解螺旋输送机来分析。螺旋给料器是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一。广泛应用于各行业，如建材、化工、电力、冶金、煤矿炭、粮食等行业，适用于水平或倾斜输送粉状、粒状和小块状物料，如煤粉、灰、渣、水泥、粮食等，物料温度小于200℃。螺旋给料器不适于输送易变质的、粘性大的、易结块的物料。旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋给料器输送，使物料不与螺旋给料器叶片一起旋转。旋转力是物料自身重力和螺旋给料器机槽内壁对物料的摩擦阻力。螺旋给料器旋转轴上焊的螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有满面式面型、带式面型、月牙式面型和锯齿式面型等型式。螺旋给料器的螺旋轴在物料运动方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。

螺旋给料器有水平式、倾斜式和垂直式三种。根据不同的设计要求选择合适的类型。本次课题设计的要求是螺旋输送机直径为300mm，螺旋输送机长度为2600mm，采用变频调速器或调速电机实现无极调速，电机功率为1.5KW。根据对资料的分析，确定输送的物料为煤粉，选择的是LS型螺旋输送机。在这个快速发展的今天，传统的设计方法已经很难满足设计要求，但是若运用优化设计方法，可以减小误差以致满足设计要求。所以，在传统的方法上，结合优化设计方法和现代常用的各种二维、三维软件，便于设计，使设计简单化。

我国在螺旋给料器这方面和外国的研究发展还存在一定的差距，所以在设计的过程中要使设计方案不但满足工程上的需要，还要减轻工人的劳动强度，提高生产率，最好是能应用在多方面，而不是单一化的机床设计。基于这样想法，开始了本次课题设计。

2. 螺旋给料器的概述

螺旋给料器是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械。输送机械有很多类型，由于连续运输机在工作原理、结构特点、输送物料的方法和方向以及其他一系列特性上各有不同，因此种类繁多。

连续运输机械按照用途分为通用输送机械、专用输送机械和辅助输送设备；按照输送的对象可分为输送散粒物料、输送成件物品和输送人员三类；按照安装形式可分为固定式，移动式和移置式三类；按照输送机的传动特点和结构形式的不同可分为有挠性牵引构件的和无挠性牵引构件的两类;按照连续输送机械输送机理可分为机械式和流体式两类；此外输送机械还可分为辊式、链式、轮式、胶带式、滑板式及悬挂式等多种。

螺旋输送机在我国研制较早，是一种重要而又具有代表性的旋转类型的连续运输机械。在各种不同类型的连续运输机械中，螺旋输送机是属于没有挠性牵引构件的连续输送机，利用工作构件即螺旋体的旋转运动,使物料向前运送。

螺旋给料器适用于短距离输送物料，应用螺旋给料器可以将物料在一定的输送线路上，从装载地点到卸载地点以恒定的或变化的速度进行输送，还可以形成连续的物流或脉动性的物流，即从最初的供料到最终的卸料之间可以形成一种物料的输送流程。

螺旋给料器可沿水平、倾斜（小于或等于20°）或垂直方向上输送物料，主要分为水平螺旋给料器和垂直螺旋给料器。这两种机型也是最常用的。螺旋给料器根据结构分为：单螺旋给料器和双螺旋给料器，前者使用较多。螺旋给料器的安装方式有固定式和移动式两种，大部分螺旋给料器采用固定式。

其他型式的螺旋给料器有很多种类，例如有螺旋管给料器，可弯曲螺旋给料器，大倾角螺旋给料器，成件物品螺旋给料器，热交换式螺旋给料器，微粉螺旋给料器，新型冷却螺旋给料器，对转螺旋给料器，复式给料器，双向给料器，变螺距给料器，变直径给料器等。各种型式的螺旋给料器在工程实际中都得到了很广泛的应用。

2.1 螺旋给料器的基本结构

螺旋给料器的基本结构如图2-1所示。它由料槽、螺旋体、轴承及驱动装置组成。螺旋体由两端轴承和中间悬挂轴承支承，由驱动装置驱动。螺旋给料器工作时，物料由进料口进入料槽，在旋转螺旋叶片的推动下，沿着料槽作轴向移动，直至卸料排出。

螺旋给料器的基本机型有水平式螺旋给料器、倾斜式螺旋给料器和垂直式螺旋给料器。水平式螺旋给料器是最常用的一种型式。垂直式螺旋给料器用于短距离提升物料，但必须有水平螺旋喂料，以保证必要的进料压力。此外，还有许多其他型式的兼有工艺过程和特殊作用的螺旋给料器。

图2-1 螺旋给料器基本结构

2.2 螺旋给料器的类型

2.2.1 水平螺旋给料器

水平螺旋给料器多采用“U”形槽体（也可采用圆筒槽体）、较低的螺旋转速及固定安装的结构，见图2-1。给料器工作时，物料从给料器的进料口加入槽体，被输送到槽体的出料口或在任一希望的中间位置经槽体底部的出料口卸出。

2.2.2 倾斜螺旋给料器

输送倾角≤20o的螺旋给料器，一般与水平螺旋给料器的结构相同。输送倾角为20o—90o的螺旋输送机，一般采用短螺距螺旋及圆筒壮槽体，螺旋体的转速也需增加，其结构如同垂直螺旋给料器，

2.2.3 垂直螺旋给料器

垂直螺旋给料器可垂直提升一般的散状物料，物料颗粒大小一般≤12mm。垂直螺旋给料器的槽体为封闭的圆筒，螺旋体的转动可采用底部驱动或顶部驱动。垂直螺旋给料器的优点是结构简单，所占空间位置小，制造成本底；缺点是输送量小，输送高度一般不超过8m。

2.3 螺旋给料器的特点

（1）螺旋给料器是在化工、建材、冶金、煤矿、粮食等部门中广泛应用的一种输送设备，主要用于输送粉状、粒状和小块状物料。它不适宜输送易变质的、粘性大的和易结块的物料。

（2）螺旋给料器使用的环境温度为-20～50℃；物料温度小于200℃；给料器的倾角β≤20℃；输送长度一般小于40m，最长不超过70m。

（3）螺旋给料器与其他输送设备相比较，具有结构简单、横截面尺寸小、密封性能好、可以中间多点装料和卸料、输送方向可逆向、操作安全方便以及制造成本低等优点。它的缺点是螺旋体特别是螺旋叶片及料槽易磨损，输送量较低，消耗功率大以及物料在运输过程易破碎。

2.4 螺旋给料器的研究现状

螺旋给料器在各个行业都得到了广泛的应用，因此促进了其研究和发展。螺旋给料器由于其结构简单，操作维护简便，在输送物料场合得到了广泛的应用，但是其输送效率却比较低。目前，螺旋给料器的设计工作仍主要是使用传统的经验设计方法进行，存在的缺点是效率低，周期长以及难以提高设备性能。为了攻克这方面缺点，国内对这方面的研究情况也比较多。

螺旋给料器的输送效率高低与螺旋叶片结构尺寸和叶片与物料之间的摩擦系数有关，对输送某种物料而言，其摩擦系数为一定值，那么主要的就是螺旋叶片结构尺寸对输送效率高低的影响。如何使得螺旋输送机获得最佳的输送效率，就有必要对螺旋叶片结构尺寸进行优化。

对螺旋给料器存在的输送功率问题，许多专家学者做过很多这方面的研究工作。一般来讲，按照通用计算公式算出的螺旋输送机螺旋轴功率往往小于实际的需要值，对于这个实际的问题，武汉食品工业学院的庞美荣和王春维根据调查和实例，对螺旋