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        螺旋輸送機(jī)的優(yōu)化研究及改進(jìn)

        2014-07-24 07:40:55石文斌
        新媒體研究 2014年8期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化研究改進(jìn)

        摘 要 螺旋輸送機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛,由于其設(shè)計(jì)參數(shù)比較多,在實(shí)際設(shè)計(jì)中就應(yīng)該從具體項(xiàng)目函數(shù)以及條件出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。螺旋輸送機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位不可忽視,其工作效率和性能直接影響著工業(yè)項(xiàng)目的質(zhì)量。因此,優(yōu)化和改進(jìn)螺旋輸送機(jī)勢在必行。

        關(guān)鍵詞 螺旋輸送機(jī);優(yōu)化研究;改進(jìn)

        中圖分類號(hào):TH224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)08-0179-01

        螺旋輸送機(jī)是工業(yè)中常用的連續(xù)輸送機(jī)械,螺旋輸送機(jī)是利用其螺旋體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸送功能的,是現(xiàn)代化生產(chǎn)和物流運(yùn)輸中不可缺少的一個(gè)設(shè)備,而且在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中也得到了廣泛使用,涉及到的行業(yè)領(lǐng)域眾多,例如,冶金、采礦、建材和碼頭等[1]。螺旋輸送機(jī)主要輸送大型貨物,諸如礦石和煤炭等等。在水泥業(yè)中,螺旋輸送機(jī)不僅承擔(dān)著輸送水泥原料的功能還能夠進(jìn)行工藝處理,例如進(jìn)行混合和攪拌等。這種輸送機(jī)設(shè)備的型號(hào)比較多,結(jié)構(gòu)的差異也很大,加上其眾多設(shè)計(jì)參數(shù)中相互影響,使得其設(shè)計(jì)十分復(fù)雜和困難。如果設(shè)計(jì)和選擇不當(dāng),對于整個(gè)輸送機(jī)的工作效率和性能都有很大的影響。本文對優(yōu)化研究和改進(jìn)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行了分析。

        1 螺旋輸送機(jī)的優(yōu)化研究

        隨著制造技術(shù)的發(fā)展,螺旋輸送機(jī)的應(yīng)用更加的廣泛,工業(yè)對輸送機(jī)的性能要求也有所提高。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前對螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)要求,因此,采用合理科學(xué)的設(shè)計(jì)方法優(yōu)化螺旋輸送機(jī)很有必要。

        螺旋輸送機(jī)的主要是由螺旋軸、螺旋片、機(jī)殼、軸承等零件構(gòu)成[2]。

        優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在一定的約束條件下滿足水要求,使用優(yōu)化計(jì)算方法,合理的確定設(shè)計(jì)參數(shù)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心是在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上選擇合適優(yōu)化防范進(jìn)行求解。在工程機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中,設(shè)備的體積、成本以及性能等等都是設(shè)計(jì)的目標(biāo),而優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的就是能夠使得這些設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到最佳化使得設(shè)計(jì)目標(biāo)最優(yōu)化。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅能夠提高設(shè)備的性能,而且還能夠提高其效率,減少制造的成本。因此,在機(jī)械工程中優(yōu)化設(shè)計(jì)的地位不可小覷。

        1.1 目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)和約束條件

        變量設(shè)計(jì):螺旋輸送機(jī)的螺旋體的尺寸有以下幾種,空心軸外徑(D),內(nèi)徑(d),螺旋葉片直徑(Dm),螺距(S)以及長度和葉片的厚度。

        目標(biāo)函數(shù):在滿足輸送機(jī)的使用要求基礎(chǔ)上,要減少螺旋體的質(zhì)量以實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料和減少成本的目的,而且還要能夠方便移動(dòng)設(shè)備。因而,最小質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)是目標(biāo)函數(shù),最大輸送功率是約束條件。以下是螺旋輸送機(jī)的約束條件。

        功率限制條件:螺旋輸送機(jī)功率應(yīng)該要低于電機(jī)的功率,也就是:

        g1(x):N0

        其中N表示電機(jī)的額定功率,N0表示輸送機(jī)啟動(dòng)動(dòng)率。

        剛度限制條件:輸送機(jī)的撓度應(yīng)該低于許用值:

        g1(x):fmax<[f] (2)

        式中的fmax表示螺旋輸送機(jī)的最大撓度,[f]表示最大的許用撓度。

        轉(zhuǎn)速限制條件:為了避免機(jī)器的振動(dòng)以及物料的破碎料,對于螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速也要加以顯示:

        g1(x):<[n] (3)

        其中n代表的是輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速。

        扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度限制條件:螺旋輸送機(jī)空心軸應(yīng)該承擔(dān)的剪應(yīng)力要低于材料的最大應(yīng)力:

        g1(x):tmax<[t] (4)

        輸送效率限制條件:由于螺旋輸送效率較低,為減少其消耗既要對其輸送的效率加以限制。

        g1(x):h>[h] (5)

        h表示輸送機(jī)輸送的功率,[h]表示其允許的最小輸送效率。

        邊界條件限制:邊界條件限制包括空心軸內(nèi)徑以及外徑,葉片長度和厚度等。對于這些邊界條件也要加以限制以實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)功率的提高。

        1.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化算法

        復(fù)雜而多的螺旋輸送機(jī)參數(shù)使得常規(guī)設(shè)計(jì)中很難實(shí)現(xiàn)最佳值的搭配,為了保證其安全通常的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則都十分保守以至于質(zhì)量在增加的同時(shí)也提高了成本。因而,可以根據(jù)數(shù)值迭代法建立目標(biāo)函數(shù)以及約束條件進(jìn)行求解。數(shù)值迭代法在螺旋輸送機(jī)中的使用能夠使得求解的難度降低且提高求解的效率。其基本步驟如下。

        從某個(gè)初始點(diǎn)X沿著規(guī)定的方向d1以最佳的步長a1求得目標(biāo)函數(shù)的極值,然后獲得一個(gè)新的設(shè)計(jì)點(diǎn)X1。X1=x+a1d1

        再從新的設(shè)計(jì)點(diǎn)X2出發(fā)沿著規(guī)定的方向d2獲得新的最佳步長a2然后獲得第二個(gè)新的設(shè)計(jì)點(diǎn)X2。X2=X1+a2d2

        重復(fù)以上的迭代過程就會(huì)得到公式X(k+1)=X(k)+a(k)d(K)。通過這個(gè)公式能夠計(jì)算出設(shè)計(jì)的最佳精度。

        2 改進(jìn)意見

        為了避免螺旋輸送機(jī)中有結(jié)塊,在長時(shí)間的停機(jī)中要清楚穩(wěn)流箱中的物料。其次,如果穩(wěn)流段為圓管外殼時(shí)其長度上要留有檢修空間。另外,在改進(jìn)輸送機(jī)穩(wěn)流箱的上蓋時(shí)應(yīng)該設(shè)計(jì)一料位計(jì)和傳動(dòng)部分的聯(lián)鎖,避免物料滿后造成設(shè)備停機(jī)[3]。最后,如果箱內(nèi)有加擋板,那么就要考慮傳動(dòng)的動(dòng)率是否能夠承受螺旋阻力。

        3 結(jié)論

        螺旋輸送機(jī)是利用其螺旋體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸送功能的,是現(xiàn)代化生產(chǎn)和物流運(yùn)輸中不可缺少的一個(gè)設(shè)備,而且在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中也得到了廣泛使用,螺旋輸送機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位越來越受到重視。螺旋輸送機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛,由于其設(shè)計(jì)參數(shù)比較多,在實(shí)際設(shè)計(jì)中就應(yīng)該從具體項(xiàng)目函數(shù)以及條件出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。螺旋輸送機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位不可忽視,其工作效率和性能直接影響著工業(yè)項(xiàng)目的質(zhì)量。因此,優(yōu)化和改進(jìn)螺旋輸送機(jī)勢在必行。結(jié)構(gòu)簡單且管理方便的螺旋輸送機(jī)能較好的完成輸送工作,但是其也存在一定的不足,例如,容易導(dǎo)致物料破碎且消耗的功率較大。對此,本文針對這些問題提出了一些優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)方法。由于筆者能力有限,在研究中有不足之處還望加以指正。

        參考文獻(xiàn)

        [1]孟慶琳.盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)承壓輸送機(jī)理研究及控制中的應(yīng)用[D].大連理工大學(xué),2012.

        [2]王鐵流,郭曉梅,張青娥,蔡楊.螺旋輸送機(jī)螺旋體的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2012(12):14-16.

        [3]尹忠俊,孫潔,陳兵,張連萬.開式螺旋輸送機(jī)輸送機(jī)理分析與參數(shù)設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械,2010(11):66-71.

        [4]張想.螺旋輸送機(jī)輸送機(jī)理分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2012(12):55-61.

        [5]王松.螺旋輸送機(jī)輸送機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)概要[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2011(07):96-101.

        作者簡介

        石文斌(1985-),男,助理工程師,本科,研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化。

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