張典濤 楊蘭玉

（常熟理工學院，常熟 215500）

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對撞式氣流粉碎機加料系統(tǒng)的關鍵技術研究

張典濤 楊蘭玉

（常熟理工學院，常熟 215500）

摘 要：螺旋加料器是對撞式氣流粉碎機加料系統(tǒng)的核心部件。本文對螺旋加料器的主要參數(shù)進行計算，并對關鍵元件進行設計。圓柱齒輪減速器和直流電機構成了螺旋加料器的驅動部分；無級調速可以通過直流電機來實現(xiàn)，產(chǎn)量的大小由轉速的快慢來控制；螺旋軸、螺旋管、筋條、外塞管、內(nèi)塞管和傳動部分在一起組成了螺旋加料器；為了實現(xiàn)均勻連續(xù)喂送原料，在螺旋加料器中使用了旋轉螺旋；而將帶槽的螺旋管安裝在螺旋軸的周圍的作用是為了實現(xiàn)連續(xù)加料。

關鍵詞：螺旋進料器 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，其結構特征是把氣流加料噴嘴用一個設置在粉碎室頂部的機械加料器替代，讓它的出料口與分級轉子的頂面正面相對，把物料通過旋轉著的分級轉子分離到漩渦式氣流中來實現(xiàn)粉碎[1]。和當今擁有的技術相互比較，其優(yōu)點包括連續(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，設計出采用螺旋式加料器的撞式氣流粉碎機。以下分別論述螺旋加料器的結構特點、主要參數(shù)的計算以及關鍵部件的設計過程。

1 螺旋加料器的關鍵部件設計

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合加料口尺寸的大小選擇，這里選擇加料段的長度為160mm，出料段的長度為170mm。每一個螺距的長度為43.5mm。圖1是螺旋加料器的結構示意圖。

圖1 螺旋加料器的結構示意圖

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，螺葉會使原料產(chǎn)生一個法向的合力。這個合力可以分解成三個分力，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，而徑向分力就會變大，可能會導致設備本身使物料前進時發(fā)生打滑。所以，一定要盡力減小螺旋角φ值來達到增大推力的目的。

根據(jù)式（1）得知，螺距不可以太大，不然會使φ變大。實踐證明，當螺距t等于螺葉外徑D，螺旋角φ是17°41'時，更有助于螺旋來運輸物料。一般，國內(nèi)的進料螺旋大多采用螺旋角為15°上下。所以，本次設計中采用15°的螺旋角。

1.3 螺旋管

要將設計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)生圓周方向的運動。為了加大物料的推力，一定要在螺旋管內(nèi)壁上設計出筋條。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。實踐證明，這種筋條不要凸出太高，否則會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，因為間隙太大會使設備的效率大大降低，同時也會頻繁出現(xiàn)打滑和反噴現(xiàn)象[2]。

1.4 外塞管

由于物料會受到螺旋的擠壓，會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，其長度和熱磨機的工作效率有著緊密的聯(lián)系。如果外塞管的長度太長，往往會消耗大量動力，也會讓其纖維結構遭到嚴重破環(huán)；如果外塞管的長度太短，形成的料塞沒有良好的緊密度，那么它的密封性也不會滿足要求?？梢杂檬剑?）計算外塞管長度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為動態(tài)摩擦系數(shù)，范圍為0.2～0.5；P1為螺旋末端對物料的最大壓力（Pa）。

螺旋所受的總推力可按式（3）計算獲得。這里，P為電機功率0.75KW，n為螺旋轉速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。這樣設計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 螺旋加料器的傳動部件設計

2.1 電機選擇

螺旋加料器選擇的傳動裝置是使用直流電機，然后由三角皮帶將直流電機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。直流電機選擇Z4-180-41，減速機選擇ZLY280-16-I。螺旋最大轉速60r/min，最小轉速10r/min。

2.2 功率計算

螺旋加料器的功率主要由兩個部分組成：螺旋葉片壓縮物料使之形成料塞時所消耗的功率和料塞通過外塞管時克服內(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所消耗的功率的計算公式。這里，fk為動態(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為螺旋轉速60r/ min。于是，可得PII為0.2KW。

2.2.2 料塞通過外塞管時克服內(nèi)壁摩擦力所消耗的功率PII

因為螺旋呈圓柱形，所以L1=t。于是，PII為0.22KW?？偣β?/p>

2.2.3 生產(chǎn)能力計算

螺旋加料器的進料量用以下公式計算

式（8）中，t為加料端螺距0.043m，n為螺旋轉速60r/min，D為進料端螺葉直徑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計算，則有Q總×ü=14.2kg 。

3 結束語

針對撞式氣流粉碎機加料系統(tǒng)的核心部件螺旋加料器進行詳細描述，并對其各個關鍵組成部分進行深入剖析。同時，定義數(shù)據(jù)，通過計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鍵部件設計、傳動部件的設計兩大方面進行敘述，讓讀者能清晰地了解對撞式氣流粉碎機中螺旋加料器的關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選取螺旋加料器的原因，以及螺旋加料方式相對于噴射式加料方式的優(yōu)點。當然，任何一種加料方式都有其自身的優(yōu)缺點，對于螺旋加料方式也有未完善的地方，希望在以后的生產(chǎn)實踐過程中加以改進跟完善。

參考文獻

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

[2]張國旺.超細粉碎設備及其應用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：150-152.

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

[4]劉靖.麥秸螺旋進料器的設計計算[J].木材加工機械，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