陳義厚 （長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

環(huán)模式制粒機(jī)是眾多制粒機(jī)中的一種，制粒機(jī)是一種利用物料之間的粘結(jié)作用力將物料壓制成所需形狀的機(jī)械。物料在壓制前，必須經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)的好壞直接關(guān)系到制粒的過(guò)程。由于目前大部分的制粒機(jī)都應(yīng)用在飼料生產(chǎn)行業(yè)上，在化肥生產(chǎn)上使用較少，因此大多數(shù)的調(diào)質(zhì)都是針對(duì)飼料生產(chǎn)的，調(diào)質(zhì)是對(duì)顆粒飼料制粒前的粉狀物料進(jìn)行水熱處理的一道加工工序，國(guó)內(nèi)外研究表明調(diào)質(zhì)是影響顆粒飼料質(zhì)量的重要因素之一。不同的調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備，其調(diào)質(zhì)的工藝參數(shù) （調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速、調(diào)質(zhì)時(shí)間等［1］）有所不同，為此調(diào)質(zhì)熟化效果亦有較大的差別。本研究對(duì)加工綠色生態(tài)有機(jī)復(fù)合肥料的制粒機(jī)的調(diào)質(zhì)器進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。

1 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

調(diào)質(zhì)器由電機(jī)1、減速器9、聯(lián)軸器10、螺旋軸4、螺旋殼體3和軸承7組成。它的主要工作部件是螺旋輸送器，又稱(chēng)絞龍，是制粒機(jī)的一個(gè)主要的喂料裝置，它主要由螺旋體和機(jī)殼組成。調(diào)質(zhì)器基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 環(huán)模制粒機(jī)調(diào)質(zhì)器的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

調(diào)質(zhì)器工作時(shí)，粉料顆粒在槳葉攪動(dòng)下進(jìn)行2個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，一是繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，二是沿軸向推移，運(yùn)動(dòng)軌跡近似于螺旋線。它主要由帶有螺旋葉片的的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在一封閉的料槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使加入料槽的物料由于自身的重力及其對(duì)料槽的摩擦力作用，沿著料槽向前移動(dòng)、混合，完成調(diào)質(zhì)以及水平的、低傾角的輸送任務(wù)。

2 設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 螺旋葉片與螺旋軸材質(zhì)的選擇

通過(guò)查閱資料可知，螺旋葉片大部分都是由厚3～8mm的薄鋼板或鋼帶沖壓制成，然后焊或用螺釘固定在軸上，并在相互之間加以焊接或鉚接。根據(jù)螺旋葉片的形狀可分為全葉式 （即實(shí)體螺旋面螺旋）、帶葉式、漿葉式和月牙式。全葉式是最常用的一種型式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，對(duì)于帶有隨動(dòng)性的干燥小顆粒物品或粉狀物品以及松散物料特別適宜，帶葉式主要用于塊狀物料或粘滯性的物品，漿葉式和月牙式用于粘性較大的物料 （圖2）。螺旋輸送器的壽命取決于螺旋葉片的耐磨性，螺旋葉片磨損最嚴(yán)重的地方是它的頂部，磨損主要是磨粒磨損、氧化磨損和熱磨損，提高螺旋葉片的耐磨性，可采取下列措施:進(jìn)行表層強(qiáng)化處理；在靠螺旋葉片上部裝上耐磨鋼片或覆蓋增強(qiáng)高分子耐磨片，磨損后可很快地更換新的鋼片；刷涂耐磨涂層，如HNT耐磨涂料，這種涂料粘結(jié)力強(qiáng)，成型好，穩(wěn)定性高，摩擦系數(shù)小，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，刷涂工藝簡(jiǎn)單，適合于溫度小于100℃的場(chǎng)合，但抗沖擊性差；以聚四氟乙烯為基材，填充高分子粉或合金粉和氧化物等材料，采用粉末冶金燒結(jié)成型的螺旋葉片，具有極強(qiáng)的耐磨性，年磨損量只有0.002～0.004mm［2］。在本研究中主要采用表面強(qiáng)化處理，表層強(qiáng)化并不僅僅提高表層硬度，還可使金屬材料表面具有某種特殊的化學(xué)性能，表面強(qiáng)化處理可以采用電弧和火焰方法來(lái)提高金屬材料表面的硬度，一般來(lái)說(shuō)，硬度高，耐磨性好說(shuō)，硬度高，耐磨性好。

圖2 螺旋輸送器的葉片形式

2.2 螺旋輸送機(jī)的的力學(xué)原理分析

一般螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速為150～450r／min，物料的推進(jìn)速度與軸轉(zhuǎn)速和漿葉的拾物角度有關(guān)，在轉(zhuǎn)速一定的條件下，可以通過(guò)調(diào)整漿葉的拾物角度來(lái)控制物料的調(diào)質(zhì)時(shí)間，如果將漿葉的角度減小到比較中間的位置，即與漿葉軸成為75～85°的夾角，這樣就可以減弱每個(gè)漿葉對(duì)物料的推出作用從而延長(zhǎng)物料在調(diào)質(zhì)室內(nèi)的滯留時(shí)間。

圖3是物料在螺旋輸送機(jī)內(nèi)的速度和受力分析，由此可以確定螺旋輸送機(jī)中螺旋的升角α。螺旋輸送機(jī)各點(diǎn)的螺距是相同的，但因其半徑不同，所以各點(diǎn)的螺旋升角不同。外徑處的螺旋升角小，內(nèi)徑處的升角大。如圖3所示，當(dāng)螺旋輸送機(jī)以角速度ω繞回轉(zhuǎn)軸Z旋轉(zhuǎn)時(shí)，則在O點(diǎn)處的物料一面與螺旋面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，一面沿Z軸移動(dòng)。它的運(yùn)動(dòng)速度將由以下兩速度合成:一個(gè)是螺旋葉片上的O點(diǎn)的牽引運(yùn)動(dòng)速度Vo，其方向?yàn)檠豋點(diǎn)回轉(zhuǎn)的切線方向；另一個(gè)是物料相對(duì)于螺旋面的滑行速度，其方向?yàn)槠叫杏贠點(diǎn)螺旋面的切線方向，用AB表示。但是由于物料與螺旋面之間有摩擦力的存在，故合成的速度應(yīng)較原值偏轉(zhuǎn)一摩擦角φ，而成為Vf，即物料在螺旋輸送機(jī)中的絕對(duì)速度。若將Vf分解，可得到物料的軸向速度VZ，和在圓周方向上的切線速度Vt，軸向速度即VZ為使物料沿軸向輸送，切線速度Vt則是使物料在輸送過(guò)程中攪拌和翻轉(zhuǎn)。

圖3 螺旋升角受力分析

式中，s—螺旋葉片的螺距；n—螺旋軸轉(zhuǎn)速；α—螺旋升角；f—物料與螺旋葉片的摩擦系數(shù)；φ—物料與螺旋葉片的摩擦角。

由 （2）式可知，當(dāng)1－ftgα≤0時(shí)，Vz≤0物料將不能沿軸向移動(dòng)，因此，螺旋升角α應(yīng)滿足以下條件:

因螺旋葉片內(nèi)徑處的升角最大，故內(nèi)徑處升角α應(yīng)小于或等于900－φ。

當(dāng)螺旋的半徑和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，軸向速度Vz是螺旋升角α的函數(shù)。令函數(shù)，則有 （令 （2）式中s＝πdtga，d為螺旋內(nèi)徑）

由 （4）式可得:α＝π／4－φ／2

聯(lián)立 （3）、（4）式可得:當(dāng)α＝π／4－φ／2時(shí)，物料的軸向速度最大。

取f＝0.4，則φ＝arctg0.4＝21.8°

可知當(dāng)螺旋內(nèi)徑處的螺旋升角為35°時(shí)，物料的軸向速度Vz最大，故選取螺旋升角α＝35°。則

3 生產(chǎn)能力的分析與計(jì)算

調(diào)質(zhì)器的生產(chǎn)能力是由螺旋輸送機(jī)的輸送能力來(lái)確定的，關(guān)于螺旋輸送機(jī)的生產(chǎn)能力一般有如下的計(jì)算公式［3］

電力系統(tǒng)是一項(xiàng)比較系統(tǒng)的工程，要想降低電力供電安全事故的發(fā)生，應(yīng)該完善工作制度。我國(guó)電力系統(tǒng)中的管理制度存在很大問(wèn)題，沒(méi)有對(duì)工作細(xì)節(jié)進(jìn)行具體化，工作人員不明確工作職責(zé)，在發(fā)生電力事故時(shí)，不能有效地解決，這樣不僅會(huì)降低電力供應(yīng)的效率和質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)影響國(guó)家和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

式中，Q—螺旋輸送機(jī)生產(chǎn)率，t／h；F—機(jī)殼內(nèi)物料的橫截面積，m2；V—物料在機(jī)殼內(nèi)的軸向移動(dòng)速度，m／s；r—物料的容重，t／m2。

機(jī)殼內(nèi)物料的橫截面積f （m2）為:

式中，D—螺旋直徑，m；C—螺旋輸送機(jī)傾斜裝置時(shí)的校正系數(shù)，隨傾角β的增大，C值逐漸減小［4］；φ—物料的填充系數(shù)，與物料的粒度有關(guān)一般取φ＝0.2～0.3。

物料沿料槽軸向移動(dòng)的速度V，可以按下式計(jì)算:

式中，ξ—滑動(dòng)系數(shù)，一般取0.85～0.95；s—螺旋葉片的螺距，m，在普通機(jī)械中一般取s＝ （0.8～1.0）D，在特殊情況下才選用s＝ （0.5～2.0）D；n—螺旋輸送機(jī)的螺旋軸轉(zhuǎn)速，r／min。

將上述 （6）和 （7）的公式帶入 （5）式后，便得出計(jì)算螺旋輸送機(jī)生產(chǎn)率的公式:

由于生產(chǎn)率是已知的，只要螺旋直徑D確定了，螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速可用以下公式求得

應(yīng)該指出，螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速n不能超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速n臨，臨界轉(zhuǎn)速n臨的確定是螺旋軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)其輸送量、螺旋直徑和被輸送物料的特征來(lái)確定的，其目的是輸送時(shí)物料不被拋起而影響輸送量否則物料便會(huì)在螺旋料槽內(nèi)翻滾，只起攪拌作用而不起向前推動(dòng)的作用。臨界轉(zhuǎn)速根據(jù)實(shí)驗(yàn)公式求得:

式中，K—物料綜合特性系數(shù)，可由表1查得；D—螺旋直徑，m。

表1 物料綜合特性系數(shù)K

螺旋轉(zhuǎn)速 （n）應(yīng)根據(jù)所輸送物料的性質(zhì)和螺旋直徑等因素來(lái)確定。對(duì)于非磨琢性的物料轉(zhuǎn)速可取得大些，即n＝97～200（r／min），對(duì)于重磨琢性材料則應(yīng)將轉(zhuǎn)速減少50%左右，即47.5～100（r／min）。在保證輸送量不變的情況下，螺旋直徑增大，螺旋軸上的轉(zhuǎn)速相應(yīng)的應(yīng)減低，延長(zhǎng)其使用壽命。

由于螺旋直徑還可以采用以下經(jīng)驗(yàn)公式估算:

式中C值由表2查得，由公式計(jì)算與經(jīng)驗(yàn)估算的螺旋軸直徑D，應(yīng)調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)直徑數(shù)值。其螺旋直徑值均已標(biāo)準(zhǔn)化，其系列值為100、120、150、160、200、250、320、400、500、600。所以選擇螺旋輸送機(jī)直徑為D＝120mm。

表2 傾角β所對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)C值表

無(wú)論是螺旋輸送機(jī)的螺旋直徑還是螺旋軸轉(zhuǎn)速，都應(yīng)調(diào)整到與它相近的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。調(diào)整以后螺旋機(jī)的填充系數(shù)φ可能不同于原來(lái)從表中所選取的數(shù)值，故應(yīng)按公式再校驗(yàn)其填充系數(shù)。按下式計(jì)算系數(shù)φ:

計(jì)算可得，調(diào)質(zhì)器的生產(chǎn)能力大小為Q＝150～350kg。

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［2］饒應(yīng)昌.飼料加工工藝與設(shè)備［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1996.

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