李德祥，苑明華

回轉(zhuǎn)下料器是一種鎖風(fēng)喂料設(shè)備，具有體積小、重量輕、生產(chǎn)能力強(qiáng)、維修操作方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于水泥、環(huán)保、冶金、化工等行業(yè)。當(dāng)回轉(zhuǎn)下料器輸送物料水分較高時(shí)，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)容易出現(xiàn)粘料現(xiàn)象。為了減輕粘料對(duì)轉(zhuǎn)子槽下料能力的影響，常常需要向轉(zhuǎn)子內(nèi)部通入熱氣體或設(shè)置一個(gè)輔助刮板，用于清潔轉(zhuǎn)子槽上粘附的物料（圖1）。如果設(shè)置輔助刮板，刮板和轉(zhuǎn)子槽的間距越小，越能更好地完成粘料的清潔，同時(shí)，還應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子槽的形狀和制作難度。

圖1 自清潔回轉(zhuǎn)下料器示意圖

本文介紹一種易于制作的自清潔回轉(zhuǎn)下料器的設(shè)計(jì)方法，具體如下。

1 轉(zhuǎn)子槽直角坐標(biāo)系的建立

以回轉(zhuǎn)下料器回轉(zhuǎn)中心O為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系；P點(diǎn)為刮板回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)；A點(diǎn)為刮板進(jìn)入回轉(zhuǎn)下料器的起始點(diǎn)，此時(shí)時(shí)間點(diǎn)為t0；B點(diǎn)為刮板轉(zhuǎn)出回轉(zhuǎn)下料器的結(jié)束點(diǎn)，此時(shí)時(shí)間點(diǎn)為tn；設(shè)定A點(diǎn)在Y軸上（見圖2）。

圖2 設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖一

設(shè)計(jì)初始條件（見圖2）：轉(zhuǎn)子直徑R0，刮板從進(jìn)入轉(zhuǎn)子點(diǎn)A到轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)子點(diǎn)B，與下料器旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)O組成∠AOB，角度為γ0，刮板與下料器相切圓半徑為d，轉(zhuǎn)子槽數(shù)量n=5。

由以上設(shè)計(jì)初始條件可計(jì)算獲得：

A點(diǎn)坐標(biāo)（XA，YA），B點(diǎn)坐標(biāo)（XB，YB），P點(diǎn)坐標(biāo)（XP，YP），刮板半徑R，刮板在和轉(zhuǎn)子外徑接觸（A點(diǎn)）到離開轉(zhuǎn)子外徑（B點(diǎn)）后轉(zhuǎn)過的角度∠APB為αmax，AP連線與水平方向夾角β。

刮板從A點(diǎn)，時(shí)間點(diǎn)t0，旋轉(zhuǎn)任意角α對(duì)應(yīng)S0（XS0，YS0），時(shí)間點(diǎn)tα；將點(diǎn)S0沿O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α/5角度得到S（XS，YS）點(diǎn)，該點(diǎn)為轉(zhuǎn)子槽上在t0時(shí)間點(diǎn)S0所對(duì)應(yīng)的位置。當(dāng)刮板端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)軌跡為AS0時(shí)，轉(zhuǎn)子槽上某一點(diǎn)從S到S0點(diǎn)，S0點(diǎn)為轉(zhuǎn)子槽上和刮板在刮板旋轉(zhuǎn)α角度后的接觸點(diǎn)。

當(dāng)α在（0，αmax）范圍內(nèi)變化時(shí)，獲得的S點(diǎn)的軌跡，即為轉(zhuǎn)子和刮板同時(shí)旋轉(zhuǎn)，且刮板的轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n倍時(shí)，刮板和轉(zhuǎn)子槽緊密接觸也不干涉的軌跡，也即是轉(zhuǎn)子槽的形狀。

此軌跡為不規(guī)則曲線，以此曲線制作轉(zhuǎn)子，制作難度較大。為了簡(jiǎn)化制作工藝，筆者根據(jù)計(jì)算分析，該曲線完全可以簡(jiǎn)化為圓弧面。

2 轉(zhuǎn)子槽為圓弧面的轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)方法

如圖3所示，取弧AB的中點(diǎn)D，對(duì)應(yīng)的α=αmax/2；

圖3 設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖二

D點(diǎn)繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α/5即αmax/10，得到點(diǎn)E（EX，EY）；

令E點(diǎn)在轉(zhuǎn)子槽的圓弧面上，轉(zhuǎn)子槽圓弧面中心位于直線OE上，得到角度γ，OE繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)36°（360°/5/2），得到轉(zhuǎn)子槽的邊線直線OA',令其方程為y=k3*x，得到角度γγ，其中γ+γγ=36°。

如圖4，在（0，αmax）范圍內(nèi)取任意α，得到對(duì)應(yīng)的S（XS，YS）點(diǎn)，計(jì)算出S點(diǎn)到直線y=k3*x的距離SH'，比較α在（0，αmax）范圍內(nèi)變化對(duì)應(yīng)的SH'值，找出最小值，對(duì)應(yīng)的S點(diǎn)定義為F點(diǎn)，則SH'的最小值為HF，其對(duì)應(yīng)的α角定義為αF；直線HF必然經(jīng)過圓心Q。

圖4 設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖三

如圖5，在OE上以E點(diǎn)為圓心，線段HF為半徑畫圓找出交點(diǎn)G，計(jì)算G點(diǎn)到y(tǒng)=k3*x的距離GJ。

圖5 設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖四

在直角三角形△OJG和△OHQ中，線段HQ=GQ。根據(jù)以上三角關(guān)系可得：

則，HQ/（GQ+GJ/sin36°）=sin36°

即，HQ=sin36°×GQ+GJ

因?yàn)椋篐Q=GQ

所以：GQ=sin36°×GQ+GJ

則轉(zhuǎn)子槽半徑R=QF=QG-HF

根據(jù)OQ和γ值可以計(jì)算出Q點(diǎn)坐標(biāo)（XQ，YQ）。

如圖6，以γ0為變量，將HF的值控制為δ/2，計(jì)算出新的Q點(diǎn)坐標(biāo)和轉(zhuǎn)子槽圓弧半徑，即可完成設(shè)計(jì)。

圖6 設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖五

當(dāng)δ=16時(shí)，在R0=700，d=200條 件 下，由Function轉(zhuǎn)子槽計(jì)算程序得到：γ0=86.624°，轉(zhuǎn)子槽中心坐標(biāo)Q（362，554.5），轉(zhuǎn)子槽直徑為R=381.2，此即為設(shè)計(jì)所需的參數(shù)。

得到的轉(zhuǎn)子槽形狀與刮板頂部的運(yùn)行軌跡在刮板進(jìn)入點(diǎn)A誤差為9.66mm，在刮板轉(zhuǎn)出點(diǎn)B誤差為9.63mm，在中間大部分形狀與圓Q貼合得非常好（如圖7）。將轉(zhuǎn)子槽兩端進(jìn)行修正后完全可以用圓弧面代替理論曲面。

圖7 設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖六

3 轉(zhuǎn)子槽設(shè)計(jì)用Function計(jì)算程序

為了更有效率地完成設(shè)計(jì)，可借助計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力完成參數(shù)的快速設(shè)計(jì)。將本方法進(jìn)行VBA編程，其函數(shù)如下：計(jì)算結(jié)果為對(duì)應(yīng)R0、n、d條件下，轉(zhuǎn)子葉片厚度δ對(duì)應(yīng)的γ0，及轉(zhuǎn)子槽圓弧中心Q（QX，QY）及半徑R。

Function轉(zhuǎn)子槽計(jì)算（δ）

δmin=R0*2 'δmin轉(zhuǎn)子葉片的鋼板厚度計(jì)算值，初始化

YE=R3*sin(γ0/2-αmax/2/n+270) 'E點(diǎn)為刮板旋轉(zhuǎn)到D點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子槽上相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)

計(jì)算次數(shù)=100 '可控制計(jì)算精度，數(shù)值越大越準(zhǔn)，滿足精度條件下，越小越快

精度系數(shù)值=100000

精度系數(shù)=精度系數(shù)值/（精度系數(shù)值+1）'保證αFi＜αmax

Do Whilei＜=計(jì)算次數(shù)

αFi=i/計(jì)算次數(shù)*αmax*精度系數(shù) 'S0點(diǎn)對(duì)應(yīng)的α角

XS0=XP+R*cos(180-β-αFi) '刮板旋轉(zhuǎn)αFi后的坐標(biāo)

YS0=YP+R*sin(180-β-αFi) '刮板旋轉(zhuǎn)αFi后的坐標(biāo)

OS0=(XS0^2+YS0^2)^0.5 '刮板頂點(diǎn)到O點(diǎn)距離

θ=270+atan(-XS0/YS0) '(XS0，YS0)在中心為原點(diǎn)的極坐標(biāo)角度，在第四象限

θ旋轉(zhuǎn)=θ-αFi/n'(XS0，YS0)在轉(zhuǎn)子槽上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的極坐標(biāo)角度

SH1=Abs((k3*XS-YS)/(k3^2+1)^0.5)'點(diǎn)S(XS，YS)到y(tǒng)=k3*x的距離SH'

Ifδmin/2＞SH1 Then '查找點(diǎn)(XS，YS)到y(tǒng)=k3*x的最小距離

αF=iii/計(jì)算次數(shù)*αmax*精度系數(shù)'點(diǎn)(XS，YS)到y(tǒng)=k3*x的最小距離對(duì)應(yīng)的α

XQ=(OG+QH)*cos(γ0/2-αmax/2/n+270)'Q點(diǎn)，轉(zhuǎn)子槽圓心(XQ，YQ)

轉(zhuǎn)子槽計(jì)算="轉(zhuǎn)子槽半徑="&RC&"圓心坐標(biāo)為"&"("&XQ&"，"&YQ&")"&"轉(zhuǎn)子鋼板厚度δ"&δmin&"γ0="&γ0 '輸出相關(guān)參數(shù)

End Function

4 結(jié)語

本文通過建立轉(zhuǎn)子槽的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了一種由圓弧和直線組成的易于制造的轉(zhuǎn)子槽，該轉(zhuǎn)子槽和刮板在圓弧區(qū)域內(nèi)能緊密接觸，可有效清潔附著在圓弧槽上的物料，從而制造出自清潔回轉(zhuǎn)下料器。