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。
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。
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
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
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。