周詩偉

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螺旋輸送機(jī)在卷煙機(jī)中的應(yīng)用

周詩偉

(常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司, 湖南 常德, 415000)

為了得出在卷煙機(jī)回絲系統(tǒng)中應(yīng)用螺旋輸送機(jī)機(jī)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù), 對螺旋輸送機(jī)的原理進(jìn)行了分析. 通過理論分析和計(jì)算得到了相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù), 并研究了各參數(shù)對輸送效率的影響.

螺旋輸送機(jī); 卷煙機(jī); 回絲系統(tǒng)

由于卷煙制造企業(yè)對卷煙設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的重視程度不斷提高, 企業(yè)對卷煙機(jī)的性能要求也在不斷提升. 目前卷煙機(jī)中的回絲系統(tǒng)多數(shù)采用了皮帶輸送的方式, 但皮帶輸送方式存在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間間隔短、漏灰及皮帶易損耗等缺點(diǎn), 如果采用螺旋輸送機(jī)機(jī)構(gòu)就可以完全克服該輸送方式的缺點(diǎn). 卷煙機(jī)回絲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中引入螺旋輸送機(jī)機(jī)構(gòu)后, 可有效地減少卷煙機(jī)維護(hù)保養(yǎng)的工作量和損耗件的消耗, 使卷煙機(jī)性能得到一定的提升. 目前, 螺旋輸送機(jī)機(jī)構(gòu)已在新型卷煙機(jī)中得到了應(yīng)用.

1 螺旋輸送機(jī)的工作原理

螺旋輸送機(jī)是一種常用的沒有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機(jī)械, 它可有效提高生產(chǎn)效率和機(jī)械的自動(dòng)化程度. 螺旋輸送機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單, 密封性能好, 操作安全、方便及成本低等優(yōu)點(diǎn), 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)[1].

螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示. 它由一根帶有螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)軸和料槽組成, 料槽上下端各開有進(jìn)料口和出料口. 物料從進(jìn)料口進(jìn)入料槽內(nèi), 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 螺旋葉片對物料產(chǎn)生的推力, 使物料在料槽內(nèi)沿軸向移動(dòng), 把物料輸送至出料口.

螺旋輸送機(jī)在輸送物料的過程中, 由于受螺旋葉片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響, 物料的運(yùn)動(dòng)不是單純的沿軸向的直線運(yùn)動(dòng), 而是沿螺旋軸作復(fù)雜空間運(yùn)動(dòng). 因此, 需要對螺旋輸送機(jī)輸送的物料進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析, 來了解螺旋輸送機(jī)的工作原理和特性. 下面以距離螺旋軸為的任意一個(gè)質(zhì)點(diǎn)(物料顆粒)為對象, 進(jìn)行物料的運(yùn)動(dòng)分析.

1?進(jìn)料口; 2?料槽; 3?螺旋軸; 4?出料口.

圖2 物料受力分析

首先, 對物料的受力(圖2)進(jìn)行分析, 物料所受合力合的方向與螺旋面的法線偏離了角, 它可以分解為切向分力切和法向分力法.的大小由物料對螺旋面的摩擦角及螺旋面表面的粗糙程度決定. 對于一般沖壓而成或加工較好的螺旋面, 可不考慮螺旋表面粗糙程度的影響, 可取=.

物料在合力合的作用下, 會(huì)沿料槽作復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng), 對其運(yùn)動(dòng)的分析見圖3.從圖3可以看出,物料的運(yùn)動(dòng)速度合由螺旋軸的切向速度切和軸向速度軸向合成. 若螺旋軸轉(zhuǎn)速為, 則速度軸向和切的計(jì)算公式如下[2]:

式中:為物料與螺旋面的摩擦系數(shù);= tan;為螺旋葉片螺距(m).

由(1)式知, 在螺旋軸轉(zhuǎn)速一定的情況下, 可適當(dāng)調(diào)整螺距來獲得到一個(gè)理想的物料輸送速度.

圖3 物料運(yùn)動(dòng)速度分析

2 卷煙機(jī)的回絲系統(tǒng)

當(dāng)今卷煙機(jī)的煙支重量控制系統(tǒng)都是采用負(fù)壓吸絲成型原理與平準(zhǔn)器裝置技術(shù)相結(jié)合的方式. 在卷煙機(jī)設(shè)計(jì)的工藝流程中, 通過負(fù)壓吸絲形成的煙絲束在經(jīng)過平準(zhǔn)器之前, 煙絲量是大于實(shí)際煙支所需的煙絲量的, 一般會(huì)比正常卷煙需求多30%～50%. 所以當(dāng)煙絲流到達(dá)供料成條機(jī)前端負(fù)壓煙絲通道形成煙絲束后, 需要通過平準(zhǔn)器對其進(jìn)行修剪, 修剪后的煙絲束才能滿足卷煙機(jī)的要求. 而被平準(zhǔn)器修剪下來的煙絲需要被再次送回到機(jī)器后部的儲料區(qū)內(nèi)重復(fù)利用, 因此在卷煙機(jī)中設(shè)計(jì)有一套專門的煙絲回收系統(tǒng), 對多余煙絲進(jìn)行收集并回送至機(jī)器后部的儲料區(qū)內(nèi). PROTOS-M5型卷接機(jī)組的螺旋回絲系統(tǒng)主要由主回絲、副回絲和落絲3部分組成(圖4).

1-落絲部分; 2-主回絲; 3-平準(zhǔn)器; 4-副回絲.

3 卷煙機(jī)回絲系統(tǒng)中的螺旋輸送機(jī)機(jī)構(gòu)的參數(shù)確定

螺旋輸送機(jī)的基本設(shè)計(jì)依據(jù)是物料特性、輸送能力和輸送距離, 設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)這些基本依據(jù)來選擇和確定螺旋輸送機(jī)機(jī)構(gòu)的螺旋葉片直徑及螺距、螺旋軸轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)功率等.

3.1 輸送量與螺旋葉片直徑

螺旋葉片直徑是螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)的重要參數(shù), 它直接關(guān)系到輸送量和結(jié)構(gòu)尺寸, 通常輸送量可用下面公式計(jì)算:

＝3600λKV軸向(π(+2)2-π2)/4, (3)

式中:—螺旋輸送機(jī)的輸送量(t/h);—物料容重(t/m3);K—傾斜輸送系數(shù);—物料填充系數(shù);—螺旋葉片直徑(m);—螺旋葉片外徑與料槽之間的間隙(m);—螺旋軸直徑(m).

一般螺旋軸與螺旋葉片直徑相差較大, 在計(jì)算時(shí)可以不考慮螺旋軸直徑及葉片與料槽間隙的影響, 所以, 可以得出:

在實(shí)際計(jì)算中, 通常會(huì)把物料沿螺旋軸方向的移動(dòng)速度理想化, 因此, 可以把式(1)簡化為:

軸向≈/60. (5)

然后把式(5)代入式(4)中可得:

3.2 傾斜角度

通常把水平或微傾斜固定式的螺旋輸送機(jī)都稱為水平螺旋輸送機(jī). 它是應(yīng)用最廣泛的一種輸送機(jī), 它的傾角一般不大于20°. 螺旋輸送機(jī)的傾斜角度對傾斜輸送系數(shù)的影響見表1[3].

表1 傾斜輸送系數(shù)

3.3 螺旋葉片螺距

螺旋葉片螺距決定著螺旋面的升角, 會(huì)直接影響物料的輸送, 一般情況下, 螺旋葉片螺距可以根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:

=1, (7)

式中1為螺旋葉片螺距與直徑的比值. 當(dāng)裝置水平布置時(shí),1在0.8～1之間; 當(dāng)裝置傾斜布置或流動(dòng)性較差時(shí),1≤0.8.

3.4 螺旋軸轉(zhuǎn)速

螺旋軸轉(zhuǎn)速對輸送量的影響較大, 一般轉(zhuǎn)速越大輸送量也越大, 但隨著轉(zhuǎn)速的提高, 物料所受的離心力也越大, 當(dāng)速度達(dá)到一定的極限, 使離心力大于物料重力時(shí), 物料會(huì)隨螺旋軸旋轉(zhuǎn)而無法正常向前輸送[4]. 因此, 需要對轉(zhuǎn)速進(jìn)行限制, 使螺旋軸轉(zhuǎn)速處于一個(gè)合理的范圍. 限制關(guān)系式如下:

2≤2max= g. (8)

把= 2π/60代入式(8), 并考慮到不同物料特性的影響, 引入物料的綜合系數(shù)K, 可以得到:

稱為物料的綜合特性系數(shù).

3.5 電動(dòng)機(jī)功率

螺旋輸送機(jī)的總功率包括3部分, 分別為物料運(yùn)輸所需功率1, 空載運(yùn)行所需功率2, 以及傾斜引起的附加功率3. 它們分別可以采用后面的公式計(jì)算:1=/367;2=/20;3=/367. 式中:—物料運(yùn)行阻力系數(shù);—輸送距離(m);—傾斜高度(m).

因此, 可以得出總功率為:

=1+2+3=/367 +/20 +/367 =(+)/367 +/20. (11)

電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)機(jī)為:

電動(dòng)機(jī)=KP/, (12)

式中:K—功率儲備系數(shù), 一般取1.2～1.4;—電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)效率,≤0.9, 一般以0.9計(jì)算.

3.6 螺旋輸送機(jī)機(jī)構(gòu)在卷煙機(jī)回絲系統(tǒng)設(shè)計(jì)中參數(shù)的選擇

目前, 對螺旋輸送機(jī)輸送的物料性狀特性研究較多的主要為粉狀、顆粒狀或塊狀, 而對類似煙絲的物料特性參數(shù)研究較少. 由于卷煙機(jī)具有需求和布局上的一些特殊性, 因此, 在卷煙機(jī)設(shè)計(jì)螺旋輸送機(jī)機(jī)構(gòu)時(shí), 需要慎重確定各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù).

在卷煙機(jī)回絲系統(tǒng)中, 輸送量由卷煙機(jī)的額定生產(chǎn)能力、煙支重量及回絲量的大小確定, 可以由下面公式計(jì)算:

= 60/106, (13)

式中:—卷煙機(jī)的額定生產(chǎn)能力(支/min);—煙支重量(g/支);—卷煙機(jī)的回絲量(%).

當(dāng)卷煙機(jī)額定生產(chǎn)速度12 000 支/min時(shí), 以每支煙煙絲重量0.68 g計(jì)算, 那么在50%極限煙絲回絲量的情況下, 可以得出最大輸送量為:= 12 000×0.68×0.5×60/106= 0.244 8 (t/h). 由此可見, 在卷煙機(jī)中實(shí)際螺旋回絲系統(tǒng)的輸送量是非常小的.

下面確定一些相關(guān)參數(shù). 通過查表知煙絲容重為= 0.10～0.13 t/m3, 計(jì)算時(shí)可取[5]= 0.10 t/m3; 物料綜合特性, 根據(jù)類似物料的特性查表, 取= 75; 煙絲是很輕和松散的物料, 物料填充系數(shù)在0.3～0.4之間, 可取= 0.3; 螺旋葉片螺距與直徑的比值可取1= 1; 由于傾角不宜大于20°, 所以取K= 0.65.

把式(10)代入式(6)得＞0.104 m, 所以取標(biāo)準(zhǔn)直徑= 0.125 m. 再把值代入式(10)可得max= 212.13 min-1, 由于煙絲的特性, 可取= 150 min-1.

再把和的值代入式(6), 反求可得出物料填充系數(shù)= 0.273, 與前面的設(shè)定值較接近, 所以上面所取各參數(shù)值比較合理.

從式(12)可以看出, 在卷煙機(jī)回絲系統(tǒng)中, 由于輸送量小, 輸送距離短, 所以實(shí)際所需功率也很小, 因此, 在電機(jī)參數(shù)的選擇上主要考慮電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩.

通過查閱資料(PROTOS-M5使用說明書, 德國: 虹霓機(jī)器制造股份公司, 2010)可知, 成熟機(jī)型PROTOS-M5上螺旋回絲機(jī)構(gòu)主回絲部分的設(shè)計(jì)參數(shù)為:= 0.125 m,= 0.125 m,= 17.5°,= 159 min-1. 由此可知, 以上設(shè)定的基本參數(shù)值可以滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求.

4 結(jié)語

螺旋輸送機(jī)具備了很多皮帶輸送所沒有的優(yōu)點(diǎn), 在新式卷煙機(jī)的設(shè)計(jì)中螺旋回絲系統(tǒng)將會(huì)取代皮帶回絲系統(tǒng). 由于卷煙行業(yè)及卷煙機(jī)械的特殊性, 針對煙絲輸送的螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值較少. 從本文的計(jì)算可以看出, 在螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)中一些經(jīng)驗(yàn)值的選擇上, 可以采用參考類似物料的參數(shù)先進(jìn)行選擇, 再通過理論計(jì)算進(jìn)行校驗(yàn), 最后通過試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證的方法.

[1] 化工部. 運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1999: 827.

[2] 張東海. 螺旋輸送機(jī)的優(yōu)化研究[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2006.

[3] 化工部.運(yùn)輸機(jī)械手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1982: 468.

[4] 徐余偉. 螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇[J]. 磚瓦世界, 2008(7): 32-37.

[5] 國家煙草專賣局.YC/T 9-2006 卷煙廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2006.

Spiral conveyor application on cigarette maker

ZHOU Shi-wei

(Changde Tobacco Machinery Co., Ltd., Changde 415000, China)

In order to acquire design parameters of spiral conveying mechanism which applies on overfeed system in cigarette maker, this paper analyze its principle, deduced related design parameters by calculating theoretically and summaries the influence of conveying efficiency caused by each parameters, which has great significant in the future similar design work.

spiral conveyor; cigarette maker; overfeed system

TS 43

1672-6146(2012)04-0089-04

10.3969/j.issn.1672-6146.2012.04.020

2012-11-02

周詩偉(1964-), 男, 工程師, 主要從事煙草機(jī)械產(chǎn)品的研究和管理. E-mail: zhousw@ccdtm.com

(責(zé)任編校:江 河)