混凝土回收砂石分离机的研制（可编辑） .doc

混凝土回收砂石分离机的研制 山东大学硕士学位论文混凝土回收砂石分离机的研制姓名:孙庆华申请学位级别:硕士专业:材料工程指导教师:栾贻国20090910山东大学硕士学位论文摘要混凝土是建筑材料的最大宗材料,在建筑工程中,混凝土的用量最大,混凝土主要由水泥、水、石子、砂子四种基本材料组成,在这几种原材料中,骨料用量亦居首位,生产混凝土约需眦砂石骨料,全世界每年混凝土使用量约亿,中国混凝土的年产量占世界总量的%,约亿,混凝土原材料中的粗细集料约占混凝土总量的%。由此推得:全世界每年需要粗细集料约亿,其中中国约需亿。在混凝土生产过程中难免产生多余混凝土及因为质量问题不能使用的废弃混凝土,如果处理不当,必将造成永久性的环境污染。经测算,平均每生产的混凝土,将产生. 的废弃混凝土,这些固体垃圾的随意丢弃,不但造成了资源的浪费,而且也形成了对环境污染的恶性循环,开发混凝土回收设备迫在眉睫。本文介绍了作为建筑材料的最大宗材料混凝土目前的回收现状,从节约能源、实现可持续发展和环境保护的角度出发说明了混凝土回收的必要性。介绍了目前国内外混凝土回收设备的优缺点,从结构、性能上对意大利、日本等设备进行比较。详细介绍了混凝土砂石分离机的设计、改进及制造。首先是生产能力的确定,生产能力是残余混凝土回收装置的一个重要指标,是搅拌站选用回收装置及其数量时必须考虑的因素。着重阐述了筛砂提石机的设计,筛砂提石机由原设计是固定不动的筛网的失败到最后滚动的筛网滚筒的成功,中间经过了反复论证和实验。详细分析了提砂机的设计,着重阐述了提砂机螺旋轴的设计,螺旋叶片的成型工艺,螺旋轴的轴端密封装置等,详细介绍了螺旋叶片与筒壁间隙大小及螺旋轴挠度的设计。分析了混凝土回收砂石分离机溢水口的设置、双车位进料装置、清扫辊、水路系统、罩盖组的设计。关键字:混凝土回收,砂石分离机,筛砂提石机,提砂机,螺旋轴,螺旋叶片山东大学硕士学位论文,。 。 。 %。 。%。. 。 。 。,晰。,.,。 。 。 ,。?, , 。, :, ,原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名: 型:苤全 期:型丝旦丝曰关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。保密论文在解密后应遵守此规定论文作者签名:羽:丞望导师签名:塑交山东大学硕士学位论文第一章绪论.引言我国大规模的基本建设正处于一个强劲发展时期,工业与民用建筑工程、市政工程、道路与桥梁工程、机场港口工程、水利电力工程、铁路与建设等,在相当长的时期内仍然有较大的规模,而这些工程建设主要以混凝土材料为主,因而混凝土工程是大规模土木建设工程的主导工程,混凝土是建设材料中的最大综材料,在建设行业中占据了极其重要的地位,一直受到人们的重视。在建筑工程中,混凝土的用量最大,普通混凝土由水泥、水、石子、砂子四种基本材料组成,混凝土的技术性质在很大程度上是由原材料的技术性质和相对含量决定的,纯净砂、石的表面粗糙,颗粒富有棱角,能与水泥浆黏结牢固,工程上大部分采用碎石,但碎石含有黏土、杂质,使用前必须加以清洗,降低石料中的含泥量及杂质,从而能大大提高结合料与矿料之间的粘结力,提高工程质量。在混凝土的几种原材料中,骨料用量亦居首位,生产混凝土约需砂石骨料,全世界每年混凝土使用量约亿【巧】。中国混凝土的年产量占世界总量的%,约亿,混凝土原材料中的粗细集料约占混凝土总量的%。由此推得:全世界每年需要粗细集料约亿,其中中国约需亿【。我国也是世界上水泥产量最大的国家,浆水横流,固体垃圾堆积几乎是每一个商品混凝土厂或集中混凝土搅拌站的通病。据统计,一个年生产能力为十万立方米的混凝土厂,仅清洗混凝土搅拌运输设备所形成的浆水每天高达立方米,其中每清洗一辆混凝土运输车平均需要.立方米的水【。无论是混凝土搅拌机或搅拌运输车的冲洗水还是泵车、砂石与骨料的冲洗水,主要是受混凝土集料的物理污染和水泥水化的化学性污染。物理性污染源主要是吸附在机壁上的混凝土集料,经水冲刷后而产生,如水泥、黄砂和石子颗粒等。这些颗粒难溶于水而易于沉淀。化学性污染源主要是水泥中的硅酸根离子、铝酸根离子水解时使污水呈碱性,还有一定量的金属离子,值高达,且不溶物含量约为/我国多数商品混凝土厂一般将浆水经三级沉淀池排入城市下水道,而地处城乡结合部的商品混凝土厂往往直接排出厂区,殃及农田水利,堵塞市政管道,抬高沟渠河床。另外,在生产混凝土过程中难免产生多余混凝土及因为质量问题不能使用的废弃混凝土,如何处置,一直以来是困扰着预拌混凝土企业的棘手问题,如果处理不山东大学硕士学位论文当,必将造成永久性的环境污染【。们。随着我国商品混凝土的飞速发展,排放的商品混凝土废弃物也在逐年增加,而这些混凝土废弃物的处理方法一般是运往郊外露天堆放或填埋,这不仅占用了大量的土地,而且造成严重的环境污染,另外也是资源的极大浪费,与我国建设资源节约型和环境友好型社会的精神相悖。经测算,平均每生产立方米的混凝土,将产生.立方米的废弃混凝土【.,这些固体垃圾的随意丢弃,不但造成了资源的浪费,而且也形成了对环境污染的恶性循环。大城市建筑工地的砂石料均为外地运来,每吨砂石料的价格一般在元以上,如弃之不用,一个城市每天就要损失数万元,甚至数十万元,同时污染环境【。另外据日本全国预拌混凝土工业联合会的统计,在全国个混凝土工厂中,冲洗残余混凝土只用新水的工厂占.%,而使用回收水的工厂却占总数的.%。全日本每天用于清洗每台搅拌车的用水量平均.,%的清洗用水为回收水。随着环境保护意识的增强,我国混凝士工地也必将日益重视污水的处理和回用。由此可见,混凝土作为建设材料中的最大宗材料,在建设行业中占据了极其重要的地位,从节约材料、保护资源的角度出发,开发混凝土回收和分离设备迫在眉睫。现在比较理想的回收混凝土材料装置是使废弃混凝土中的砂子、石子分离回收返回系统再配料,浆水经过再分离出清水也可回用。这样,废弃混凝土材料就能得到重新利用,节约了原材料,所以开发设计混凝土回收和分离设备不但解决了环境保护问题,使混凝土搅拌站有一个干净的环境,而且还能将混凝土材料砂、石料返回生产系统重复使用,使绝大部分废料都能保值回收,有效地节约了资源,实现可持续发展。.混凝土回收分离装置国内外研究现状目前,国内外生产残余混凝土回收的装置已有多种【埘,从结构及功能上大致可分为以下三种方式:不筛分,残余混凝土经受料斗,进入分离机,砂、石骨料从浆水中分离出来,但砂、石二者不进行筛分。先清洗后筛分,搅拌车等清洗下来的残余混凝土经受料斗,先进入分离机,砂、石等固体骨料经过清洗,与浆水分开,然后砂、石进入分离机进行筛分,最终实现砂、石、浆水三者的分离。清洗与筛分同时进行,通过合理设计分离机,使其能一次将砂、石等固体骨料从浆水中分离出来,并且实现砂、石二者的筛分【之】。上述三种方式中,第一种性能较差,虽然能改善环境保护的问题,但分离出来的固体砂、石只能用于低标号混凝土的配料。后两种方式可以分离砂子和石子,这样不但可以解决环境保护问题,而且能将山东大学硕士学位论文砂、石料返回混凝土生产系统重复使用,经济效益比较好。特别是第三种方式,不仅设备本身占地面积少,而且成本也较低。徐州利勃海尔生产的混凝土回收系统【】主要由搅拌车自动清洗装置.残余混凝土清洗分离装置和回收水处理装置等部分组成。搅拌车自动清洗装置主要包括搅拌车冲洗支架、搅拌车冲洗管路、搅拌车冲洗水泵、车到位行程开关和现场操作控制盒等部分组成;残余混凝土清洗分离装置主要由残余混凝土进料斗、进私斗冲洗管路、进料斗冲洗水泵、污水回流管路、螺旋分离机及砾石振动分离筛选蘸件等组成【琊。其回收的砂石是混在一起的,要想将砂石分离,还得配备振动筛。其具体工作简图如图.所示。、石子、砂子、砂、石分离振动筛、混凝土回收机、搅拌输送车图. 混凝士回收机工作简图华力机械生产的湿混凝土分离回收设备如图.所示主要由搅拌车清洗装置、滑槽、输送装置、砂石浆水分离装置和泥浆水后处理装置组成。其筛体是振动的,依靠振动进行砂、石筛分。该装置虽能将砂石浆水分离但其体积庞大,加工难度很大。山东大学硕士学位论文图】.华力机械生产的混凝十分离回收设备在美国、德国、日本和意大利等工业发达国家,已经研制出多种渣料回收和废水处理设备,取得了显著的经济效益和社会效益【。德国公司生产内螺旋滚筒分离混凝土骨料与浆水的装置。渣料由受料斗接收后,注入内螺旋滚筒分离机,经过旋转分离后,浆水和水泥由低位排出,砂石等骨科则由高位的移动出料器出抖,其砂石没有分离.是混在一起的,要想将砂石分离。得配备振动筛【】。意大利公司生产的螵旋分离机如图所示,其受料斗置于锥形螺旋分离机的上端,渣料经受料斗进入螺旋分离机锥体大端,旋转分离后,浆水和水泥从锥体大端排出,砂石等固体骨料则由锥体小端排出,同样,其砂石也是没有分离的删。这两种装罨分离出来的砂子、石子、浆科相互有夹带。石予外包砂、包水泥浆,砂子外面包水泥浆,容易产生结块的可能。山东大学硕士学位论文。日豳意人利公司生产的分离混凝十装置日本光洋公司生产套筛式分离砂石与浆水装置如图所示,渣料自机体一端的受料斗进入套筛分离机.经过筛分分离后,浆水从机体一侧底部排出,砂子从底部中央排出,石子从另一端中部排出,其沙子含水率高,并且包含一定的泥。幽日本光洋公司生产的掘凝土网收清洗分离设备山东大学硕士学位论文日本的石川岛公司生产分石、分砂、分浆水组合装置如图所示。渣料自一端受料斗先进入转筛,经过转筛的筛分后.石子与浆水首先落入半锥形螺旋分离机。分选后,由锥体丈端排出浆东,小端排出砂于,石子单独排出纠,其虽然将砂石分离,但砂、石的含水率都很高而且其提石机螺旋叶片很厚,加工困难,再者磨损严重,必须经过淬火处理。剀?日本的石川岛公司生产分石、分砂袈置.本文的主要研究内容混凝土回收砂石分离机的整体设计,生产能力的确定,筛砂提石机设计,提砂机设计,提砂机螺旋轴设计,螺旋叶片的成型工艺,螺旋轴的轴端密封装置,螺旋叶片与筒壁间隙大小及螺旋轴挠度的设计。混凝土回收砂石分离机其余主要零部件的设计,如双车位进料装置、清扫辊、水路系统、罩盖组、溢水口等。山东大学硕士学位论文第二章混凝土回收砂石分离机的构成.混凝土回收砂石分离机的主要技术参数生产率筛分能力,讹分离滚筒规格 巾分石粒度姗 耋分砂粒度%分离后砂石含泥率:分离后砂石含水率: 砂%;石%所配电动机功率分石机分砂机进料槽电机污水泵电机.清水泵双车位整机重量× ×双车位整机外形尺寸工作状态,××,×主体运输尺寸:.结构及工作原理混凝土回收砂石分离机由筛砂提石机、提砂机、大机架、双车位进料装置、清扫辊、水路、罩盖组、电气控制系统等组成。其中提石机、提砂机、大机架等构成主机部分,整体布置图见图.混凝土回收砂石分离机外形图。山东大学硕士学位论文圈混凝土回收砂石分离机外形图筛砂提石机由砂石分离装置、前后轴承座、联轴器、减速机等部分组成。砂石分离装置以带筛网的滚筒为主,滚筒内部焊有连续的螺旋叶片,滚筒出料端焊有出料叶片,砂石分离装置由带电机的减速机通过联轴器带动滚筒旋转.搅拌车清洗下来的混凝土通过进料溜槽输送到砂石分离装置,由砂石分离装置对进入其内的砂石、污水进行分离;砂和污水通过筛孔落到下部的流槽,石子通过砂石分离装置内部的螺旋叶片送到靠近减速机一侧的出石槽中。.摄砂机提砂机由减速机带电机、螺旋轴、大轴承座支撑装置、小轴承座支掸装置等组成。减速机带动螺旋轴旋转,将通过机架流槽进入提砂机底部的砂和污水进行搅动,沙子通过螺旋轴上的螺旋叶片向高处推动,经上部的出砂口排出;在沙子的输送过程中,螺旋叶片同时对沙子进行脱水。多余的污水浆水经机架上的排水孔溢出,然后通过外部导流槽进入沉淀池中。螺旋轴下面的小轴承座支撵装置因为长期靠近污水槽,这对其内部的密封装置及轴承设计是个很大的考验。设计时其内部采用四层密封的特殊结构,这样就能使轴承处于良好的工作环境中。支撑上的连接法兰设有溢浆孔,假设两层密封损坏,山东大学硕士学位论文污水也可以由这里排出,这样就避免污水进入轴承而使轴承发生严重磨损。.大机架大机架由主框架、螺旋槽、排水罩、出石槽、砂水流槽、出砂口、清理排污口等组成,主要由钢结构件构成,大机架是筛砂提石机、提砂机、罩盖组、水路的承载及安装基体,并承担一定的物料投入和排放工作,大机架内的砂水溜槽是设计的重点。.双车位进科装置双车位进料装置由槽体、流槽、敝口罩、水冲装置等组成。双车位进料装置主要负责搅拌车排出物的接料和输送,同时安装水路系统的搅拌车清洗支架。.清扫辊清扫辊机构安装在大罩盖、大机架和提石机分离装置之间,由座板、销轴、拐臂、弹簧、圆辊、轴承等组成。其圆辊紧靠在滚筒上随其转动,对积聚在外筒上的砂子进行清扫,随时保证滚筒的筛分能力。.水路系统水路系统主要由可排污潜水泵、电动阀、球阀、钢水管、管路支撑、三通或二通、搅拌车清洗支架、供水塑料管等组成。除了安装在主机上的部分外,外引清水高压自来水管路、应急清水泵由用户自行负责购置和现场安装。工作过程中水路系统的作用主要为:搅拌车洗罐加水。进料装置的清洗;提石机、提砂机的清洗及分离。工作用水来源于设备分离出的经过沉淀的清水或外部供应的新水自来水。本系统采用科技含量比较高的两位电动阀,性能可靠,避免了电磁阀存在的易堵塞、对水压敏感等问题。搅拌车清洗支架安装在进料装置顶部,配装部分供水管路,由其在电气系统控制下,对搅拌车进行加水。.罩盖组罩盖组由提石机大罩盖、提砂机小罩盖、各减速机护罩等组成,罩盖组对各机构起到封装保护作用。.电气控制系统电气控制系统由控制柜、电气元件接触器、时间继电器、按钮等、电缆线等山东大学硕士学位论文组成,电气控制系统对整个设备进行集中操作和控制。.设备工作原理混凝土回收砂石分离机的工作原理如图.所示。搅拌输送车开到车台上,车台上有定位装置,对车的位置进行定位,车停靠到位后冲洗车的水管打开对罐体进行冲洗,水管的开关通过限位开关由电磁阀控制。清洗后的废弃混凝土倒入进料装置的斜槽中,进料装置内有螺旋轴,由螺旋器把料推入筛砂提石机中进行清洗分离;分离出来的砂子和污水流进提砂机底部的水槽中,由提砂机将砂子推到高处,经出砂口排到堆场中;污水则经机架上的排水口溢水口排放到设备外部的导流槽中,流入沉淀池。筛砂提石机分离出来的石子则直接通过出石口排出,用户可以放置小料车接料。搅拌车的清洗和设备各机组的清洗分离用水,采用循环方式,污水基本达到零排放。图.为混凝土回收砂石分离机工作流程示意图。左视图去掉进料装置图.混凝土网收分离机工作原理图山东大学硕士学位论文图.混凝士回收分离机工作流程示意图山东大学硕士学位论文第三章混凝土回收砂石分离机的设计.生产能力的确定生产能力是残余混凝土回收装置的一个重要指标,是搅拌站选用回收装置及其数量时必须考虑的因素。本装置中,残余混凝土在滚筒内主要依靠螺旋输送,但与一般的螺旋输送机有所不同的是物料不仅是被传送,还要被清洗,其充填系数会很小,而且砂子不断的由滚筒筛出,滚筒中的骨料应是顺着前进方向逐渐减少的【】。所以其生产能力应该是:单位时间内,靠近进口处的第一个螺旋能带走的最大物料量【。分析离心力、堆积角等因素的共同作用,可作出混凝土在滚筒中的最大截面形状,其面积.,则生产能力为】:.:?:./一/式中:,广螺旋的转速,本机螺旋的螺距,本机滚筒直径,/广一混凝土比重,尸./的生产能力可以回收台输送车的清洗残余混凝土,足够满足一般混凝土搅拌站的需要。.筛砂提石机的设计.筛砂提石机原设计筛砂提石机原设计是一个螺旋体,螺旋体下面是固定的滤网,螺旋叶片和螺旋轴之间通过撑杆连接,螺旋轴通过电机、减速机带动转动,这样设计的思路是螺旋体将石子推向前,沙子和污水通过滤网过滤到下面的机架溜槽中,如图一图所示山东大学硕士学位论文幽螺旋叶片及下面的同定筛网山东大学硕士学位论文圈.螺旋轴及樟杆这样设计设备结构紧凑,外形美观,成本也低,但是在样机试制好试车时,出现了问题:一是螺旋叶片和筛网间隙控制不好,何隙太小容易挤住石子,间隙太大石予又没有办法向前输送:二是筛网焊接在筒壁上。由于筛网钢丝细,焊点容易开;三是筛网容易椭圆,如图一所示,有的地方已经“扫膛”而有的地方间隙却很大,不好控制。再就是螺旋轴本身的同轴度不好控制,出现摆动的情况,增加了“扫膛”的几率。.并砂提石机改进后的设计.乏.筛砂撮石机改进后的总体设计经过反复论证.决定将固定不动的筛网改为滚动的筛网滚筒。滚筒里面焊螺旋叶片,滚筒通过撑杆与螺旋轴连接,如图所示,电机、减速机带动螺旋轴转动,滚筒一起转动,这样沙子和污水通过网孔进入机架溜槽中,石子通过螺旋叶片输送到出石口。山东大学硕士学位论文闰筛两滚筒进科端也就是说,将筛砂提石机设计成螺旋管输送机,滚筛长度在 左右,要保证其中心轴水平安装,如图?所示。砂石料从滚筛的一端进入,砂子从筛孔排出,石子由滚筛另一端排出,为了保证石子能够从出料口顺利排出,滚筛内必须装有螺旋形叶片,并且滚筛旋转方向与叶片的旋转方向要相反,这样滚筛在旋转的过程中,就能逐步将石子运送到出料口排出,如图.所示。山东大学硕士学位论文九八州诩“?/ 剑一】圈提石机筒图山东大学硕士学位论文出料口有出料叶片,出料叶片方向要跟螺旋叶片转向一致,如图?所示。幽.筛网滚筒出料叶片.捧砂提石机靠孔的设计筛孔的形状和大小是影响筛选结果很关键的因素,如果筛孔太大.则砂子中含有大量的石子,太小则容易堵塞.不利于砂子的排出。另外,筛孔的形状对于筛选也有很大的关系,一开始的设计是圆形筛孔,实验时发现圆形的筛孔很容易被不规则的小石子堵塞,于是将圆形筛孔改为长方形的筛孔,如图?所示,这样很有利于砂于和小石子的排出,所以选用长,宽的筛孔,这样可以起到最佳的筛选效果。同时滚筛的转速也要控制在合适的范围内,太快石子则会产生离心效果,太慢则出料速度低.都会影响筛选效果。山东大学硕士学位论文.? 图筛网滚筒的筛孔形状和太小.筛砂提石机主?敷的设计筛砂提石机的主要结构尺寸和所需功率按下列各式计算【圳输送瞥内径。 /一输送量,/?输送物料的堆积密度, /根据生产实践,考虑到分离后石子的含水率以及含泥率的影响,滚筒直径越大石子在里面的行程就越长,这样石子的含水率就越低,再主要的一点就是考虑工人干活的方便,因为滚筒里面得焊接连续的螺旋叶片,这样需要工人钻到滚筒里去焊,得给工人留出焊接空间来,所以取山东大学硕士学位论文输送管极限转速/陀/忍/螺旋叶片节距.螺旋叶片高度/. .驱动功率的确定根据生产能力、分离机尺寸及相关参数,求解该装置的驱动功率。驱动功率共包括三部分【巧】:由于残余混凝土对滚筒壁和螺旋面的摩擦以及混凝土内部各颗粒相互间的摩擦所引起的能量消耗。由于残余混凝土的前进运动造成止推轴承处的摩擦所引起的能量消耗。由于分离机回转部分的重量所引起的能量消耗。再考虑传动装置的效率,以及由于清洗水的阻力而引起的功耗。?】/式中:一输送量,/?阻力系数,三?输送长度,.?倾斜布置时的垂直高度,.?驱动装置总效率,.考虑到各种能量消耗,最后取.筛砂提石机材料及轴承的设计滚筛的材料最好选用一厚的不锈钢板卷制而成,因为滚筛在工作时至少有一半以上的部分浸在水里,时间长了滚筛很容易生锈而影响使用效果,因此要用不锈钢板,以防生锈。筛砂提石机得保证水平安装,这样筛砂提石机螺旋轴的两端用轴承座,由于螺旋轴带动滚筒旋转,轴承受的弯曲力较大,而两个轴承座不能保证严格同心,所以山东大学硕士学位论文轴承选用承载能力大、特别适用于重载或振动载荷下工作的调心滚子轴承,由于结构限制,轴承是选择外圈带油道的类型,采用油管和注油接头向轴承里加油,图.、图.分别是进料端和出料端轴承及轴承座、油封简图。图.进料端轴承及轴承座、油封简图图.出料端轴承及轴承座、油封简图山东大学硕士学位论文.筛砂提石机传动部分的设计筛砂提石机传动主要由电机、减速机等组成,电机、减速机安置在机架上,电机选用型式,联轴器选用挠性联轴器中的滑块联轴器,因为滑块联轴器结构简单,外形尺寸及转动惯量小,具有一定的补偿两轴相对偏移以及减振和缓冲性能,如图.所示。图.滑块联轴器简图山东大学硕士学位论文.提砂机的设计.提砂机整体设计图.提砂机总图提砂机实际上就是一个实体螺旋,如图.所示,提砂机螺旋其叶片的直径和长度可以根据其设计能力的不同而不同,一般来说,直径达左右就可以了【¨,而长度要尽量长点,以 左右为宜,如果长度太短,砂子里的水就会在叶片的推动下,与砂子一起从出料口排出。为了减少砂子的含水率,可以在螺旋叶片上开一些三角形或者圆形的孔,以利于水的排出,如图.所示。山东大学硕士学位论文圈.提砂机螺旋轴及螺旋叫片提砂机螺旋底端的密封装置也是一个很重要的部件,因为此螺旋轴在砂子、水和泥浆的环境中工作.如果其底端的密封不好,其轴承和轴头很容易被泥浆磨损而损坏。设计时其内部采用四层密封的特殊结构,这样就能使轴承处于良好的工作环境中。支撑上的连接法兰设有溢浆,假设两层密封损坏,污水也可以由这里排出.这样就避免污水进入轴承而使轴承发生严重磨损。为了方便维修,将螺旋轴轴承和轴头做成了分离式连接,用法兰和螺栓将其连接起来。轴承座和壳体用螺栓连接,这样当轴头的密封和轴承损坏时,维修方便。底端密封装簧部位及结构参见图?、图.及图,。山东大学硕士学位论文图】提砂机螺旋轴底端装密封装置部位图?提砂机螵旋轴底端装密封装置山东大学硕士学位论文图.提砂机螺旋轴底端密封装置结构螺旋轴的安装为倾斜安装,出料口在最高处,其倾斜角度也要适宜,太大或太小都不利于砂、水的分离。实验证明,当倾斜角度时为最佳,这样,砂子和水可以得到最佳的分离效果。螺旋轴是通过前端轴承和后端轴承来支撑的。螺旋给料机的前端轴承因为要承受向前输送物料运动时所产生的轴向力,所以一般采用止推轴承。后端轴承因为只承受径向载荷,可以采用普通径向轴承。山东大学硕士学位论文图. 提砂机后端轴承及联轴器结构受结构限制,提砂机的电机和减速机不能放在机架上,电机选用型式,通过大轴承座与机架相联结,由于提砂螺旋轴很长,螺旋轴的挠性变形很大,所以必须选用挠性联轴器中的滑块联轴器,这样大轴承座就起到连接机架和减速机作用,同时调心轴承和联轴器都安装在大轴承座里面,如图.所示。为了加油方便,大轴承座上留有加油用的加油孔,大小以能伸进手去为宜,如图.所示。山东大学硕士学位论文图 大轴承座加油孔提砂机螺旋轴长度米左右,这样螺旋轴焊接完螺旋叶片后必须进行轴跳动测试,将带螺旋叶片的螺旋轴放在测轴跳动的工装上,用轴跳动测试仪测试螺旋轴的同轴度,转动螺旋轴,对螺旋轴进行校形,使螺旋轴两端安装调心轴承处同轴度控制在.之内,螺旋叶片径向跳动控制在之内。图.为测轴跳动的工装珍态蕊梦【 獭图. 测轴跳动工装山东大学硕士学位论文.提砂机主要零部件的设计.提砂机螺旋直径的设计././式中:广物料综合特性系数,:./旷输送量,?充填系数,:.。?倾角系数,。./厂输送物料的堆积密度,.取.螺旋节距的设计.×. .砂是经过提砂螺旋机输送出的,其含水率的高低与螺旋的长度有关,但是如果螺旋长度太长,不但整个设备体积庞大,占用空间增加,而且生产成本也相应增加,在原设计的基础上,通过改变螺旋螺距来降低砂的含水率。对于一般的螺旋输送机,螺距可以根据螺旋输送机的布置、物料的特性以及螺旋直径来选取。对于倾斜布置的、输送流动性差和有磨琢性小的粉状物料,取螺距等于.倍螺旋直径;对于水平布置的、输送流动性好和磨琢性小的粉状物料,取螺距等于螺旋直径。螺距的大小直接影响物料的输送过程,如果充填系数不变,当螺距不同时,则物料运动的滑移面亦随之改变。如果改变了充填系数,则必导致物料运动速度分布的变化,所以,应考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系等两个条件,来确定最合理的螺距尺寸【。在混凝土砂石分离机的设计中,螺距等于.螺旋直径,但是实际应用中发现砂子的含水率偏高,能否在不改变螺旋长度的前提下适当改变一下螺距解决这个问题,试制中采用变螺距的方法,将螺距做成前大后小的变螺距实验,取得了很好的效果。.螺旋转速的设计为避免出现物料被螺旋叶片抛起而无法输送的现象,螺旋转速应小于极限转速码/忽/式中:?物料特性系数,山东大学硕士学位论文取/.驱动功率的设计.【 /式中:一输送量,/?阻力系数,.?输送长度,一输送直径,.一倾斜布置时的垂直高度,?驱动装置总效率,.求得该装置的总驱动功率约为.考虑到各种能量消耗,最后取.螺旋轴的设计螺旋轴是提砂机的主要零部件,只要螺旋轴确定下来了,其他零部件也就随之确定下来了,所以螺旋轴决定了提砂机的性能、使用效果及寿命,螺旋轴受力主要是承受弯矩、扭矩和轴向力,受力最大的危险截面在轴中部,因为提砂机螺旋轴很长,扭矩及轴向力相对弯矩很小,约为/至/,在实际计算时可以忽略不计,其结果就相当于受均布载荷作用的简支梁。按纯弯曲作用时,螺旋轴的受力情况如图.所示图.螺旋轴的受力情况山东大学硕士学位论文螺旋轴每旋转一周,轴上各点的应力对应循环一周期,所以旋转的螺旋轴长期在交变应力下工作,所受的是对称循环交变应力作用。长期处在交变应力下工作的螺旋轴,即使使用塑性较好的材料制成,如.,其最大工作应力远低于材料的强度极限,也会常在没有明显塑性变形的情况下突然破坏,发生疲劳断裂,所以疲劳断裂是螺旋轴折断的主要原因,疲劳断裂的破坏因素是最大线应变达到单向应力状态下的极限值所造成的。由于线应变在工程上近似于挠曲率,所以可用挠曲率对螺旋轴进行刚度设计,可按照刚度条件来选择螺旋轴轴径和跨度,用许用挠曲率为指标,用旋转次数,即交变应力的循环次数来预测螺旋轴寿命。如果按照强度来选择螺旋轴轴径,由于材料的许用弯曲疲劳强度【.相对于材料的强度极限 很小,以.钢为例,材料的弯曲疲劳强度极限. ,再,安全系数要取决于很多因素的影考虑到安全系数,许用弯曲疲劳强度【.响,这些因素系数的取舍很难贴合实际,太大了浪费材料,太小了又不安全,影响使用寿命,螺旋轴何时失效难以预料,设计者很难合理、准确、快速地完成优化方案设计。所以用弯曲刚度条件设计和验算螺旋轴尺寸,单跨度简支梁空心螺旋轴的最大挠度计算公式【。】:./】/.螺旋轴的挠曲率是最大挠度与跨距之比,即/,按照刚度条件,许用挠曲率/】一般为.,也有超过一些的,如.,再超过就影响使用寿命。/,便可以得到求空心螺旋轴轴径和如按照/.和跨度公式:./. 肘. /】乃式中:?空心螺旋轴的最大挠度?一均布载荷集度,相等于空心螺旋轴和螺旋叶片单位长度上的重力/?.空心螺旋轴跨度,即轴两支承间距离/一.轴材料的弹性模量,取?.轴的惯性矩?.空心螺旋轴的外径咖?空心系数,等于空心轴的内外径之比,设空心轴壁厚为时,. /山东大学硕士学位论文根据以上的公式推导,首先可对螺旋轴轴径进行设计,螺旋轴多采用空心管轴制造,一般均采用焊接的低碳无缝钢管,为了直径的系列化,方便加工制造和供货,空心管轴直径和壁厚经计算后圆整,可在常用的无缝钢管中选取。接着确定螺旋轴的均布载荷集度,当空心管轴尺寸确定后,根据无缝钢管重量表查得空心管轴的自重,管轴的均布载荷集度即可确定。螺旋叶片的均布载荷集度与螺旋野型式、外径和螺旋叶厚度有关,精确地计算需按螺旋叶片外径、螺距作螺旋面展开后估算出,初步计算也可按相当于管轴的%、%、%、%和%确定。然后进行螺旋轴许用跨度的设计计算,如前所述,管轴的外径和壁厚不是由管轴的强度条件决定的,而是由刚度条件决定,按照极限许可变形,即许用挠曲率,螺旋轴的许用跨度可按.式算出。最后系列化螺旋轴尺寸,按照常用的无缝钢管及.的许用挠曲率,可以排出轴径和跨度对应的螺旋轴尺寸表,供设计时选用,如表?所示旧。表?无缝钢管轴与许用跨度对照表项目 代号 单位 数据姗轴 径壁 厚/ . . . . . .。管轴均布载荷集度/ . . . . . .叶片均布载荷集度.螺旋叶片与筒壁间隙大小及螺旋轴挠度的设计螺旋与料槽之间的间隙大小与螺旋直径及螺旋和料槽的制造、装配精度有关。螺旋直径越大,螺旋与料槽之间的间隙也应大一些。如果可以达到较高的制造和装配精度,那么螺旋与料槽之间的间隙也就可以小一些。通常情况下螺旋与料槽之间的间隙为.,间隙适当小些可以减少物料的磨碎和功率的消耗。通常,在设计中,将间隙设计为?。然而,螺旋体的直径误差在制造中不易控制,尤其是螺旋体的刚度较小而长度较大时,螺旋叶片的外侧将会在高速旋转状态下与机筒内壁产生摩擦,不仅使两者磨损较快,而且增加了功率消耗和物料的破碎率,甚至产生强烈振动,严重时,会导致设备不能投入运行。所以,仅简单地将螺旋体与机筒内壁之间的间隙设计为,是不合理的,其设计结果常常无法令人满意。螺旋与料槽之间的间隙还取决于螺旋轴的挠度螺旋体由呈周期性绕轴对称布置螺旋叶片和主轴构成的,所以,可将输送螺旋体山东大学硕士学位论文近似为一外径为的均匀梁见图.。到之间的圆环为螺旋叶片折算的当量圆环,且?/北式中,。为螺旋体的当量直径,为螺旋叶片的外径,为螺旋叶片根径,为螺旋叶片厚度,为螺旋叶片中经处的螺旋升角。?/丌式中,螺距则螺旋体的质量分布密度可按下列方法计算:当采用实心轴时?:/ 当采用空心轴时耳/ 式中,。为空心主轴的内径,为螺旋体材质密度。图.将螺旋体近似为均匀梁山东大学硕士学位论文×图.螺旋体产生的挠度由于被视为均匀梁的螺旋体,除启动和停机外,在由重力产生的初始挠度作用下,将产生与时间无关的稳态振动,这种振动属于连续介质的稳定振动。考虑其自重和连续分布下的离心力作用,则其振动方程为./. ,式中,为螺旋体的挠度横向位移;为横向抗弯刚度,为螺旋体的角速度,为螺旋输送机的倾角。./令.则有/? , /易于验证/为方程的一个特解,而方程.的齐次方程的通解为式中,、为待定系数根据微分方程的一般解法,由式.和式.可得式.的通解为/。待定系数、可由边界条件求出。山东大学硕士学位论文螺旋体两端的支撑情况为两端铰支,其边界条件为:两端点的位移和弯矩为,即,/,卸?,:。,/。:。由条件.、.和式可解得 / ?/ ,?/ , ?将式.、.和.代入式.,则可得两端铰支的螺旋体的横向位移为? ?/ ,【】对于两端铰支的快速螺旋输送机,从上面的分析可知,当其运转时,在重力产生的初始挠度和连续分布离心力的作用下,如果忽略轴向位移,则在/处将出现最大挠度,如图.所示,且由式?知, / /?/ ./在设计时,为了使设计的螺旋叶片在运转时不与机筒产生直接摩擦,则应使螺旋叶片与机筒之间的间隙大于最大挠度,且该间隙可取戤 是考虑螺旋叶片直径的制造误差和质心偏移后增加的间隙,建议该间隙取?,当螺旋体直径较大,且制造条件较差时,可取大值;而螺旋体直径较小,且制造精度较高时,则取小值母。.螺旋叶片的加工加工螺旋叶片一般常用方法是单片加工和模具成型法】。单片螺旋叶片就是将按单片螺旋叶片展开图下好料的坯料加热度左右,在单片成型胎具上如图.所示用手工锤锤打成型,然后在螺旋轴上按照螺旋线逐片组对焊接,该加工工艺简单,但是生产条件差,劳动强度大、生产效率低、成品质量低、组对费时费工、矫正量大、形成的螺旋线不规矩等缺陷,并且只山东大学硕士学位论文适用于螺旋叶片板薄的坯料成型。卜 溯图.螺旋叶片单片成型胎具模具成型法分为模具热压成形法和模具冷压成形法,模具热压成形法是将按单片螺旋叶片展开图下好的坯料加热度左右后放入成型胎具中在压力机上热压成型,这种方法需加工专用热压成型模具,适合与批量生产螺旋叶片,虽然生产效率高但是生产条件差,劳动强度大,螺旋叶片成型质量稳定,但成型后螺旋叶片外观质量差,适用于螺旋叶片板厚的坯料的成型畔。胎具冷压成型法是将按单片螺旋叶片展开下好的坯料直接放入成型胎具中,在压力机上冷压成型,这种方法需加工专用冷压成型胎具,适用于批量生产螺旋叶片,生产效率高,改善了劳动环境,降低了劳动强度,螺旋叶片成型质量稳定,外观质量好,胎具的导程等于叶片的导程加上坯料冷压后的反弹量,此种方法适用于螺旋叶片板薄的坯料,但是当螺旋输送机品种多时,螺旋叶片规格不统一,采用摸具压形方法,成本非常高,因此,针对企业的实际情况,对此进行了研究,经过试制,成功地掌握了螺旋叶片拉伸制作方法。螺旋叶片拉伸制作方法简图如图.所示,