張典濤 楊蘭玉

（常熟理工學(xué)院，常熟 215500）

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對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)加料系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

張典濤 楊蘭玉

（常熟理工學(xué)院，常熟 215500）

摘 要：螺旋加料器是對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)加料系統(tǒng)的核心部件。本文對(duì)螺旋加料器的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)關(guān)鍵元件進(jìn)行設(shè)計(jì)。圓柱齒輪減速器和直流電機(jī)構(gòu)成了螺旋加料器的驅(qū)動(dòng)部分；無級(jí)調(diào)速可以通過直流電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)量的大小由轉(zhuǎn)速的快慢來控制；螺旋軸、螺旋管、筋條、外塞管、內(nèi)塞管和傳動(dòng)部分在一起組成了螺旋加料器；為了實(shí)現(xiàn)均勻連續(xù)喂送原料，在螺旋加料器中使用了旋轉(zhuǎn)螺旋；而將帶槽的螺旋管安裝在螺旋軸的周圍的作用是為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)加料。

關(guān)鍵詞：螺旋進(jìn)料器 外塞管 螺旋管 螺旋軸

引言

根據(jù)選用的是螺旋加料式氣流粉碎機(jī)，其結(jié)構(gòu)特征是把氣流加料噴嘴用一個(gè)設(shè)置在粉碎室頂部的機(jī)械加料器替代，讓它的出料口與分級(jí)轉(zhuǎn)子的頂面正面相對(duì)，把物料通過旋轉(zhuǎn)著的分級(jí)轉(zhuǎn)子分離到漩渦式氣流中來實(shí)現(xiàn)粉碎[1]。和當(dāng)今擁有的技術(shù)相互比較，其優(yōu)點(diǎn)包括連續(xù)均勻加料、節(jié)省能源、摩擦損失小、具有穩(wěn)定的粉碎室內(nèi)氣固比等。由于粉碎室內(nèi)維持著穩(wěn)定的氣固比，所以可以將物料徹底地粉碎。正因如此，設(shè)計(jì)出采用螺旋式加料器的撞式氣流粉碎機(jī)。以下分別論述螺旋加料器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要參數(shù)的計(jì)算以及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)過程。

1 螺旋加料器的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

1.1 螺旋

根據(jù)螺旋加料器的日產(chǎn)量，選擇螺旋軸加料段直徑為67.5mm。加料段螺旋軸的尺寸則是結(jié)合加料口尺寸的大小選擇，這里選擇加料段的長(zhǎng)度為160mm，出料段的長(zhǎng)度為170mm。每一個(gè)螺距的長(zhǎng)度為43.5mm。圖1是螺旋加料器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 螺旋加料器的結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 螺葉

根據(jù)螺葉的形狀可看出，由它推著物料向前移動(dòng)，螺葉會(huì)使原料產(chǎn)生一個(gè)法向的合力。這個(gè)合力可以分解成三個(gè)分力，分別是徑向分力、軸向分力和切向分力。徑向分力主要作用在螺旋管上，使物料向前移動(dòng)的的主要分力是軸向分力。但是，軸向分力與螺旋角φ之間存在著緊密聯(lián)系。如果變大螺旋角，軸向分力隨之減小，而徑向分力就會(huì)變大，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備本身使物料前進(jìn)時(shí)發(fā)生打滑。所以，一定要盡力減小螺旋角φ值來達(dá)到增大推力的目的。

根據(jù)式（1）得知，螺距不可以太大，不然會(huì)使φ變大。實(shí)踐證明，當(dāng)螺距t等于螺葉外徑D，螺旋角φ是17°41'時(shí)，更有助于螺旋來運(yùn)輸物料。一般，國(guó)內(nèi)的進(jìn)料螺旋大多采用螺旋角為15°上下。所以，本次設(shè)計(jì)中采用15°的螺旋角。

1.3 螺旋管

要將設(shè)計(jì)好的螺旋和螺旋管組裝在一起。不僅要方便檢修和拆裝，還不要讓物料發(fā)生圓周方向的運(yùn)動(dòng)。為了加大物料的推力，一定要在螺旋管內(nèi)壁上設(shè)計(jì)出筋條。這種筋條要做成縱向帶有溝槽嵌鑲的筋條。螺旋管內(nèi)徑中有6條筋條，要均布分布。實(shí)踐證明，這種筋條不要凸出太高，否則會(huì)使物料在溝槽里聚集一起，堵住溝槽，從而不能防滑。一般情況下，不要超過2mm，筋條寬20mm，厚14mm。筋條和螺旋之間的突出間隙一般要求在δ=0.5mm以下，因?yàn)殚g隙太大會(huì)使設(shè)備的效率大大降低，同時(shí)也會(huì)頻繁出現(xiàn)打滑和反噴現(xiàn)象[2]。

1.4 外塞管

由于物料會(huì)受到螺旋的擠壓，會(huì)在外塞管中集聚成為料塞，把飽和的蒸汽堵在蒸煮缸內(nèi)。形狀為圓柱形的外塞管，其長(zhǎng)度和熱磨機(jī)的工作效率有著緊密的聯(lián)系。如果外塞管的長(zhǎng)度太長(zhǎng)，往往會(huì)消耗大量動(dòng)力，也會(huì)讓其纖維結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破環(huán)；如果外塞管的長(zhǎng)度太短，形成的料塞沒有良好的緊密度，那么它的密封性也不會(huì)滿足要求?？梢杂檬剑?）計(jì)算外塞管長(zhǎng)度L。

式（2）中，D為外塞管直徑；P為蒸煮缸內(nèi)最大工作壓力，為58.5×104Pa；K為旁壓系數(shù)，為1.0；fk為動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)，范圍為0.2～0.5；P1為螺旋末端對(duì)物料的最大壓力（Pa）。

螺旋所受的總推力可按式（3）計(jì)算獲得。這里，P為電機(jī)功率0.75KW，n為螺旋轉(zhuǎn)速60r/min，r為螺葉半徑0.034m，φ為螺旋角15°，ρ為摩擦角。

根據(jù)tanρ=fK，取fK=0.2，則有ρ=arctan0.2=111.3°。于是，F(xiàn)總=7174.2N。

最終，可得L為0.044m。

1.5 塞圈

在螺旋管出料的末端有一個(gè)塞圈，其出口直徑和螺旋的末端螺葉以及外塞管的外徑相同。在塞圈的內(nèi)壁上存在著縱向的溝槽，其形狀呈喇叭口狀。這樣設(shè)計(jì)塞圈的作用可以很好地使物料不易打滑，減緩出料端的磨損。因此，制作塞圈的材料一定要有很高的耐磨性能，一般要求HRC＞50[3]。

2 螺旋加料器的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)

2.1 電機(jī)選擇

螺旋加料器選擇的傳動(dòng)裝置是使用直流電機(jī)，然后由三角皮帶將直流電機(jī)和減速箱的輸入軸連接起來，輸出軸則通過聯(lián)軸器和螺旋軸連接起來。直流電機(jī)選擇Z4-180-41，減速機(jī)選擇ZLY280-16-I。螺旋最大轉(zhuǎn)速60r/min，最小轉(zhuǎn)速10r/min。

2.2 功率計(jì)算

螺旋加料器的功率主要由兩個(gè)部分組成：螺旋葉片壓縮物料使之形成料塞時(shí)所消耗的功率和料塞通過外塞管時(shí)克服內(nèi)壁摩擦力所消耗的功率。

2.2.1 螺旋葉片壓縮物料使之形成料塞時(shí)所消耗的功率PI

式（5）為螺旋葉片壓縮物料使之形成料塞時(shí)所消耗的功率的計(jì)算公式。這里，fk為動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)0.2，P1為螺旋末端最大壓力1.3MPa，R為螺旋末端螺葉最大半徑0.034m，r為螺旋末端軸半徑0.013m，n為螺旋轉(zhuǎn)速60r/ min。于是，可得PII為0.2KW。

2.2.2 料塞通過外塞管時(shí)克服內(nèi)壁摩擦力所消耗的功率PII

因?yàn)槁菪蕡A柱形，所以L1=t。于是，PII為0.22KW?？偣β?/p>

2.2.3 生產(chǎn)能力計(jì)算

螺旋加料器的進(jìn)料量用以下公式計(jì)算

式（8）中，t為加料端螺距0.043m，n為螺旋轉(zhuǎn)速60r/min，D為進(jìn)料端螺葉直徑0.068m，為物料填充系數(shù)0.45，r為物料容積重5.6kg/m。于是，Q=1.42kg/h。如果按每天10h計(jì)算，則有Q總×ü=14.2kg 。

3 結(jié)束語

針對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)加料系統(tǒng)的核心部件螺旋加料器進(jìn)行詳細(xì)描述，并對(duì)其各個(gè)關(guān)鍵組成部分進(jìn)行深入剖析。同時(shí)，定義數(shù)據(jù)，通過計(jì)算過程說明螺旋加料器的可行性。文章主要從螺旋加料器的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)、傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)兩大方面進(jìn)行敘述，讓讀者能清晰地了解對(duì)撞式氣流粉碎機(jī)中螺旋加料器的關(guān)鍵組成部分以及它們的作用和工作原理。此外，解釋了撞式氣流粉碎機(jī)選取螺旋加料器的原因，以及螺旋加料方式相對(duì)于噴射式加料方式的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，任何一種加料方式都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于螺旋加料方式也有未完善的地方，希望在以后的生產(chǎn)實(shí)踐過程中加以改進(jìn)跟完善。

參考文獻(xiàn)

[1]李關(guān)昌.氣流粉碎技術(shù)及其設(shè)備研制[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，1996，（3）：19-22.

[2]張國(guó)旺.超細(xì)粉碎設(shè)備及其應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：150-152.

[3]李關(guān)昌.氣流粉碎技術(shù)及其設(shè)備研制[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，1996，（3）：19-22.

[4]劉靖.麥秸螺旋進(jìn)料器的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].木材加工機(jī)械，2002，（4）：2-5.

The key Technology Research of the Jet Collisiontype Mill

ZHANG Diantao,YANG Lanyu
(Changshu Institute of Technology,Changshu 215500)

Abstract:The core components of feed s ystem for the jet collision-type mill is screw-type feeder. For the main parameters of the s crew feeder is calculated, and the key components are designed. Cylindrical gear reducer and a DC motor driving part of the auger. Stepless speed regulation can be achieved by DC motor, the size of the output is controlled by the s peed of the s peed. The shaft, spiral ribs, external plug tube, inner tubes and plug the drive componen ts together to form a spiral feeder, in order t o achieve a uniform and continuous feeding of raw m aterials used in rotary screw auger.The role spiral grooved mounted around the sc rew shaft is capable of continuous feeding.

Key words:Screw feede,Outside the plug pipe,Spiral,Screw axis