复合化肥混合比例装置及PLC控制系统设计【含cad图纸、开题报告、任务书、毕业论文】.rar复合化肥混合比例装置及PLC控制系统设计【含cad图纸、开题报告、任务书、毕业论文】.rar

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机械学院毕业实习、毕业设计(论文)学生个人工作计划 学生姓名: 龙银萍 班级: 机 02-7 班 开始日期: 2006 年 3 月 13 日 结束日期: 2006 年 6 月 24 日 设计进程 实习或设计内容 完成情况 检查者签字 第 一 周 总体设计:采用自动机械供料机构设计 第 二 周 电子皮带秤作为配料机构 第 三 周 电子皮带秤供料原理方案 第 四 周 方案结构设计:采用电子皮带秤控制复合肥配料。该机 构主要由带式输送机、调节阀门、PLC、落料斗等 第 五 周 皮带输送机结构草图 第 六 周 复合化肥配料生产线的总体设计 第 七 周 结构分步设计。对皮带输送机中有关参数进行计算 第 八 周 选择皮带输送机的相关结构型号(驱动装置、传动与改 向滚筒、上下托辊、输送带、张紧装置) 第 九 周 选择电子皮带秤结构、传感器、PLC 等,绘制电气图 第 十 周 绘制总图 第 十一 周 书写说明书、论文 第 十二 周 修改总图 第 十三 周 专题、外文翻译 第 十四 周 专题、外文翻译 第 十五 周 修改 第 十六 周 答辩 1 第 1 章 绪论 1.1 前 言 随着我国工业生产自动化程度的不断提高,配料皮带秤已广泛地应用 在冶金、建材、电力、化工、食品等行业中。我国现在广泛使用的配料皮 带秤的控制部分还比较落后,直接影响了产品的质量。 过去传统配料皮带秤多采用模拟电路控制滑差调速电机的方法进行速 度控制,由于滑差电机调速方式在低速时特性差、效率低;使用现场外部 工作环境又很恶劣,工业粉尘很多,这些粉尘很容易进入滑差电机内部而 出现磨损、卡死等现象,维修、维护麻烦,造成工作故障多,影响正常生 产;另外由于采用模拟电路控制方式,控制不稳定,精度低,调试烦琐, 使用极不方便。我们可结合现代先进控制技术,采用可编程序控制器控制 矢量型变频器拖动密封式鼠笼电机方案,以数字处理技术取代传统的模拟 控制方式,以无级变速的矢量型变频器控制封闭式鼠笼电机,取代老式的 滑差式调速方式。 本章主要介绍了散状物料的配料混合自动化运输的发展状况,电子皮带 秤运行过程的配料以及混合设计的方案。 1.2 选题背景 在复合肥的生产特别是对原料配比控制系统总存在一定的不足,有的 成本高,不易推广;有的精度与可靠性差,无法在环境恶劣、现场干扰大 的场合满足高精度的配料要求。并且大多数使用的是通用计算机系统,因 而成本高、靠干扰能力差。 在工业生产中,很多情况下是通过现场操作人员按照配比,人工调节 给料机的给料量。其缺点是给料量的大小完全靠操作人员的经验或“人工跑 盘“ 的结果来决定,配比精度较差,操作人员劳动强度大,自动化水平极低。 配料系统普遍存在的问题是:配料精度低,机电控制部分的可靠性差, 缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。配料精度低的主要 原因是电子秤系统的动态性范围小,而可靠性差主要是中间继电器和微机 控制系统的可靠性低所致。通过电子皮带秤生产厂家和用户的共同努力, 近年来电子皮带秤的精度和使用情况有了一定的改善,但仍然存在运行维 2 护量较大,精度校核工作繁重、程序多等问题,远未能达到如静态电子衡 器所能达到的使用精度和使用效果。 1.3 配料混合系统研究意义 在化工以及冶金、建材、饲料、加工等行业,配料工段一般都是整条 生产线非常重要的一环。配料工段直接关系到生产效率以及产品质量。如 今,配料工段的自动化越来越普遍,作为实现配料工段自动化手段的可编 程控制配料系统必将会得到更为广泛的应用。 在生产过程或工艺流程中,对各种配料称重、定量称重及现场技术的要 求愈来愈高,现代的称重计量仪器,不仅要给出重量或质量,也要作为过程检 测系统中的一个单元而具有测量、计算、控制、检验及通讯等功能,它们已 成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收发货业务及商业销售行业中必 不可少的组成部分,推进了工业生产和贸易交往的自动化和合理化。 配料工序是复合化肥生产过程中非常重要的环节,其配料精度直接影 响着化肥产品的质量,落后的配料设备不仅效率低而且配料不准,手工操作 又将人的因素引入配料环节,使工艺配方难以在生产中实现,严重影响产 品质量的稳定及进一步提高,因此实现高精度自动配料对工业企业生产有 着极为重要的意义。 1.4 配料混合系统的发展前景 1.配料系统 皮带秤由最初的纯机械式(滚轮式)皮带秤开始,已经发展四代产品, 第二代是传感器电子仪表皮带秤,第三代是传感器微机式皮带秤,第四代 是微机智能化皮带秤。 电子皮带秤是在皮带输送机输送物料过程中同时进行物料连续自动称 重的一种计量设备,其特点是无需人员的干预就可以完成称重操作。 国外从上世纪五十年代开始使用电子皮带秤,国内则从六十年代末期 开始试生产电子皮带秤。时至今日,虽然核子皮带秤、固体质量流量计、 冲量式流量计、失重式秤等多种固体物料连续计量设备也有一定规模的应 用,但他们仍无法与电子皮带秤抗衡,也无法撼动电子皮带秤作为固体物 料连续自动称重主流计量设备的地位。 电子皮带秤主要由传感器、秤架、二次仪表三大部分组成,在实际应 用过程中,要想使电子皮带秤在一个较长的时间周期内保证一定的精确度。 3 其检定过程非常重要,所以首先将从以下几个方面介绍电子皮带秤的 发展现状:传感器、秤架、二次仪表、检定。 (1)传感器 电子皮带秤的传感器包括测量秤架上物料瞬时重量的称重传感器及测 量皮带速度的测速传感器(又称测量皮带行程的位移传感器) ,该系统涉及 到了其中的测速传感器。测速传感器主要分模拟式和数字式两种。当前国 内外普遍使用数字式测速传感器,用模拟式测速传感器来检测速发电机输 出电压的方式已不再使用。 非接触式测速传感器尽管从理论上讲是优越的,能消除“打滑” ,直接 检测输送带的线速度,但在实际使用任然存在许多实际问题,有待解决, 故未得到广泛的工程应用。实际广泛使用的是接触式测速传感器,其结构 简单,安装维修方便,有些厂家的产品将测速元件直接装到尾轮或托辊上, 以尾轮或托辊代替摩擦轮。接触式测速传感器正常条件下能比较好地测得 输送带运行速度,缺点是摩擦轮粘上泥灰,使直径变大或者“打滑” ,产生 测速误差,不能准确地反映输送带线速度。 (2)秤架 秤架是电子皮带秤的负荷承受部分,即称重装置。为了减轻“皮带效 应”对称重结构的影响,研究、设计出各种各样的秤架,典型的秤架结构 形式有单托辊式、多托辊双杠杆式、多托辊悬浮式、平行板簧式、悬臂式、 整体式等几种。其中杠杆系统的支点结构,早期采用刀口和一般轴承,这 类支点结构因传递力的效果不佳基本上被淘汰。现在大多数采用弹簧片作 弹性支撑,秤架上目前采用的支撑簧片有 X 型、十字型和单吊片型三种。 此外少数厂用特殊橡胶轴承或无摩擦耳轴作秤架的支撑点。 (3)二次仪表 二次仪表分模拟式、数字式、电脑式和集散式。 从上世纪八十年代起,微机数字式皮带秤就开始取代常规模拟皮带秤 二次仪表了。其特点除了计算精确度远远高于常规模拟皮带秤二次仪表外, 功能丰富也是其主要特点。以往常规模拟皮带秤二次仪表只有重量信号与 皮带速度信号的乘法运算、累计值运算及简单的调零、调满值功能,而采 用微机数字式皮带秤后,多达数十种功能可以储存在二次仪表内供用户随 时调用,这些功能包括:自动调零、自动调满值、秤架特性非线性补偿、 温度补偿、数字滤波、模拟检定精确度自动计算及结果判定、有关参数输 4 入(如量程、托辊间距、皮带倾角、模拟标定值、累计值的分辨率等等) 、 公制英制单位(如 t/h、lb/s)选择、输入参数及中间计算参数显示、总 运行时间显示、各种调整(调零、调满值)次数显示、多个称重传感器平 衡调整、称重传感器及测速传感器数值调整、多组内部及外部累计器、PID 控制、定值控制、各种参数报警等等。这些功能的增加都是通过软件实现 的,所以二次仪表的成本并不增加。 2.混合系统 螺旋输送机是化工企业中用途较广的一种连续混料输送设备,与其它 输送设备相比较,它在输送过程中同时完成搅拌、混合等工序,即实现连 续性混合。特别地,具有结构简单、紧凑,制造成本低,维修方便。对封 闭的料槽可减少对环境的污染。 螺杆计量配重方式则具有较多的技术优势。采用螺杆计量装置,其计 量精度较高,在输送过程中不会出现堵塞物料的现象,是食品、精细化工 行业运用比较普遍的一种计量输送方式。 1.5 本文的结构 本文在现有的配料混合系统进行分析的基础上,根据配料混合系统的 总体结构,从机械和电气控制两方面对系统各个部分的设计分章节展开了 详细的介绍。 5 第 2 章 配料混合机械执行系统设计 2.1 设计方案 在化工生产中,采用带式输送机连续输送,而皮带秤是一种能解决带 式运输机散装物料连续自动称量和自动配料的衡器。 本系统设计的:三台带式输送机作为配料系统运载复合肥的设备,其基 本参数为:每台输送机的额定输送能力为 Q=30t/h,带宽 B=650mm,复合肥 的粒度 2~5mm,松散密度 ,安息角 ,机长 L=5m,配390kg/m18 料过程中输送机的额定线速度为 0.8m/s。完成配料后的复合肥通过混合系 统对其进行混合,混合系统选择过程中关键是要能够进行混合的同时完成 输送的连续性设备。其中,选型的时候,要注意其输送能力要与配料系统 相匹配。 ,再将混合后的物料通过输送带运送到下一个生产线上。 2.2 配料系统设计 2.2.1 结构选择 电子皮带秤在输送状态下利用测速传感器将输送带运送复合肥式的速 度转换成电信号。再通过 S200-7 中的模拟量扩展模块进行 A/D 转换成数字 信号,通过 PLC 对变频器来实现配料输送带的速度的调节。从而实现自动 配料控制。其工作原理图见图 2-1。 输送机输送物料式,PLC 连续测量输送带在某时刻的速度 (m/s) ,由v 于下料的阀门口始终保持不变,即输送带上每单位长度的物料质量 q(kg/m)为恒值,二者相乘所得结果为物料的瞬时质量流量(kg/s) 。 因带速随时间变化,所以在 T 时间间隔的累积质量可用以下积分式表 示: 0()Qqvtd 式中 — 时间间隔内的物料累计质量,kg;QT —物料通过秤的时间,s; —输送带单位长度q上的物料质量,kg/s; 6 —物料的运行速度(取输送带速) ,m/s。()vt 称 重 段 图 2-1 皮带秤工作原理 输送机组成部件由下面几部分构成。 1.输送带 输送带是输送机中的曳引构件。本系列带式输送机采用普通型输送带。 抗拉体(芯层)有棉帆布、聚酯帆布和钢丝绳芯。 (1)覆盖胶层厚度 根据所输送物料的松散密度、粒度、落料高度及物料的磨琢性确定。 (2)输送带的安全系数 应根据安全、可靠、寿命及制造质量、经济成本、接头效率、起动系 数、现场条件、使用经验等综合考虑确定。 2.驱动装置 带式输送机的动力部分,由安装在驱动架上的 Y 系列鼠笼型电机、凸 缘联轴器、减速器等组成。 (1)按带宽、带速、电机功率确定所需驱动单元。 (2)减速器。 优先采用圆柱齿轮减速器。一般采用渐开线齿轮传动。其优点是:效 率高、结构紧凑、 、传动比稳定。根据齿轮的密封情况可分为开式、半开式 及闭式。在运输机械方面多采用闭式齿轮传动(齿轮箱) 。它与开式或半开 式相比,润滑及防护等条件最好,多用于重要的场合。表示减速箱减速能 力的技术参数为传动比 ,即i 7 12zi 式中 ——大齿轮齿数;2z ——小齿轮齿数。1 在本设计中采用先进的圆柱直齿轮传动,使传动效率有了很大的提高。 (3)轴之间是根据轴的直径选用不同型号的凸缘式联轴器进行联接。 3.传动滚筒 传动滚筒是传递动力的主要部件。根据承载能力分轻型、中型和重型 三种。滚筒直径为 500、630、800、1000mm。同一种滚筒直径又有不同的 轴径和中心跨距。 传动滚筒表面有裸露光钢面,人字型和菱形花纹橡胶覆面。最小传动 滚筒直径 D 按下式选取: (mm)Dcd 式中 —芯层厚度或钢绳直径,mm;d —系数,棉织物 ,尼龙 ,聚酯 ,钢绳芯c8090108c 。滚筒轴承座全部采用油杯式润滑脂润滑。145c 4.改向滚筒 用于改变输送带的运行方向或增加输送带与传动滚筒间的围包角。 5.托辊 托辊是用于支撑输送带及输送带上所承载的物料,保证输送带稳定运 行的装置。 (1)托辊分为槽行托辊、平行托辊、调心托辊、缓冲托辊、回程托辊、 梳形托辊、螺旋托辊、过渡托辊等。 (2)托辊间距应满足两个条件:辊子轴承的承载能力及输送带的下垂 度,托辊间距应配合考虑该处的输送带张力,使输送带获得合适的垂度。 最大下垂度: 8 )max0(8GBgqahF 式中 —两组托辊间输送带的最大下垂度,m;axh —重力加速度, ;gg29.81/s —托辊间距,m;a —物料质量,kg/m;Gq —输送带质量,kg/m;B —该处输送带张力,N。0F 6.拉紧装置 使输送带具有足够的张力,保证输送带和传动滚筒间产生摩擦力使输 送带不打滑,并限制输送带在各托辊间的垂度,使输送机正常运行。 螺旋拉紧装置适用于长度较短(小于 100mm) ,对功率较小的输送机, 可按机长的的 1%~1.5%选取拉紧行程。 7.清扫器 清扫器用于清扫输送带上粘附的物料,又有头部及空段清扫器两种。 8.卸料装置及导料槽 卸料装置用于输送机中部任意点卸料。 导料槽可使从漏斗落下的物料在达到带速之前集中到输送带的中部。 导料槽的底边宽为 2/3~1/2 带宽。 9.机架 机架是支撑滚筒及承受输送带张力的装置。其中机架四种结构中的 01 机架用于 倾角的头部传动及头部卸料滚筒。选用时应标注角度。0~18 10.头部漏斗 头部漏斗用于导料、控制料流方向的装置。也可起防尘作用。 11.电气及安全保护装置 9 安全保护装置(输送带跑偏监测、打滑监测、超速监测等根据需要进 行选择)是在输送机工作中出现故障能进行检测和报警的设备,可使输送 机系统安全生产,正常运行,预防机械部分的损坏,保护操作人员的安全。 此外,还便于集中控制和提高自动化水平。 2.2.2 结构设计 1.设计选型计算 (1)原始参数及物料特性 复合肥的配料系统带长 5-7 米,宽 B=650mm,带速 0.8m/s,输送能力 Q=30t/h,粒度 2~5mm,松散密度 ,安息角 ,机长390kg/m18 L=5m。 (2)初定设计参数 带宽 B=650mm,带速 v=0.8m/s,上托辊槽角 ,下托辊槽角 ,350 上下托滚辊径 89mm,承载分支托辊间距 1.2m。 (3)由带宽、带速验算输送能力 由式 (2-1)mISvk(g/s) 得 3.6Qth 由 得18 ,取 ,得 S=0.0362m²。(0.5~7)913.510 1)确定 k 值 输送机倾角 δ=0°。 211cos()()1SKS 2)由式(1-1)得 (kg/s) 0.362.806.mIvk (t/h)1Qvk 10 ( )0.362.810.96vSkI 3m/h 能满足 t/h 的输送能力要求。Q (4) 驱动力及所需传动功率计算 1)圆周驱动力 由式 (2-stsNGBRUOu FFqqfLgF  21]cos)2([  2) 其中 =0.02,f 查得上托辊 mm,轴承 4G204。89,50 且单个上辊转动部分质量 kg1.2'qRO '3.58na(kg/m) 查得下托辊 mm,轴承 4G204。89,70L 且单个下辊转动部分质量得 (kg )'5.9Ruq '4.83una(kg/m) 计算 B 初选输送带 NN—100,Z=5 层,查表输送带每层质量 1.02kg/m²,上胶 厚 mm,下胶厚 mm,每毫米厚胶料质量 1.19kg/m²。13.021.5 =[5×1.02+(3+4.5)×1.19]× 650×0.001Bq =6.7958 (kg/m) 计算输送带清扫器的摩擦阻力 (2-3)3rFAp 11 带入数据得 rF40.3961. (N) 计算 ,计算公式为Gq (2-4)3.6vGIQq 带入数据有 .vI15.2.08(kg/m) 计算 。 (2-5)1sF1sglF (N)52.69.1253stGqH 计算 ,无前倾 1s 则 =0F 1NF9(40.)dBD 2950.65.)6 (N)231. 由表得导料槽阻力 (2-21vglIlFb 6) (N)20.690.8156.2.4 式中 , l=1.5m , m 。20.61b 12 93.8160.29.vQI3(m/s) (N)15sglF 计算 2s (2-7)2sraF (N)430.9610.rFAp 式中 —清扫器接触面积。一个头部清扫器和两个空段清扫器 =0.65 0.01 2+0.65 2 0.01 2=0.039(m²) 无卸料器, 0a 214srF(N) 代值进 式中有u0.59.8[3.(26.795.)] (N)6214514 2)传动功率计算 0.AUPFv(KW) 17289.M 其中 0401 传动滚筒及联轴器效率 0.98,电动机功率 P=22KW,选转速 10n 的电机。r/min,Y20L16 (5)输送带张力计算 1)限制输送带下垂度的最小张力 13 由 (N)0minmax()1.2(6795.)8174.8/0BGqgFh 按回程分支( =2.4m)u (N)minax2.4679.812.68(/)0Bqgh 2)输送带工作时不打滑需保持最小张力 (2-8)2min,ax1uFe 得 (N)2in675.30948. 按公式求起动时传动滚筒上最大圆周力 (2-9),maxuAFK 取 1.5AK (N),max1756.9275.3u 得 ,则3.40e (N)2min675.310948.F 由 N,计算输送机各点张力不忽略附加阻力2min10948. 得点 张力662lg()10948.750.98140.25(3)26BrROBstNFqHfqF (N). > (N) 14 则取 ,可得稳定工况下2min10948.FN (N)ax2.1742.8360uF 3)输送带层数计算 1max836095nZB()层 取 5 层,与初选相同。 (6)校核辊子载荷 1)静载计算 承载分支 (2-10)0()mBIPeaqgv , m, m/s, kg/m, kg/s0.8e1.2a.86.7926.0mI (N)6.(.79).13.p 上辊 L=250mm,轴承 4G204,承载能力 2950N,满足要求。89, 回程分支 (N)12.4679.8160.uBPeaqg 下辊 ;轴承 4G204,承载能力 813N,满足要求。89 2)动载计算 承载分支 (2-11)'0daPfs 每天大于 16h, ;粒径小,取1.2sf 1.0,.aff取 。 N'037.8.489.325 N' 16.0.1.usaPf 均满足要求。 15 2.2.3 配料系统精度分析 在对像复合肥这种散状物料的连续累计计量中,电子皮带秤具有动态 计量速度快、占用空间小、安装方便等优势,但在实际使用时,由于皮带 张力、环境、温度及湿度、托辊轴承摩擦力等诸多外界因素的影响,导致 皮带秤的计量误差较大。 影响皮带秤计量准确度的主要因素有: 1.皮带秤计量误差产生的原因 根据皮带秤的结构原理及重量累计值的计算方法可知,皮带秤的计量准 确度有单位长度皮带上的物料重量以及皮带的运行速度决定的。在实际称 量过程中,物料的重量是通过皮带作用于复合传感器,而皮带又是依靠托辊 来支撑,托辊在运输带上每 1.2m 一组。皮带所承受的负荷是随着物料的端 面形状,流量大小而改变,因而,皮带与托辊的贴合程度也随时在改变,这就 使得皮带秤具有由其组成结构决定的、不可避免的计量误差。同时,皮带 秤计量数据准确度还与皮带秤的技术指标及运行状态关系密切。 2.皮带秤计量误差的表现 皮带秤的综合计量性能主要体现在零点和量程这两个指标上。在实际 生产过程中,皮带秤计量误差的表现形式是: (1) 零点误差; (2) 量程发生变化; (3) 测量速度的误差。 3.影响皮带秤准确度的主要因素 (1) 机架和皮带上积料,皮带表面水分所造成的皮带秤零点的波动; (2) 放大电路零点和增益的变化; (3) 运输皮带张力的变化,张力的变化是随着运输带上物料的多少、 气温、倾角等而变化。这就使得作用在称重传感器的力发生变化,从而引 起零点和量程发生变化; (4) 运输皮带弹性的变化也会影响到零点和量程的准确性; (5) 秤框及称重托辊的非准确直度引起的零点偏差。 4.提高电子皮带秤计量准确度的途径 为了提高皮带秤的计量准确度,减小及克服计量误差。在实际工作中, 我们首先要保证系统的安装技术指标及运行稳定性;同时对皮带秤进行正 确的维护;另外要选择切实可行的校准方法对皮带秤进行定期校准。 16 (1)提高系统的安装精度 在安装皮带秤框时,我们首先要严格按照皮带秤的安装技术指标对其 进行精确的安装。另外保证秤架范围内托辊倾角的一致性,减少皮带在运 输物料过程中的形变。取得了良好的效果。 (2)正确使用和维护 多年的工作实践证明,皮带秤的实用经济价值与现场维护、小准工作 关系甚大。因而,在日常的使用中,需对皮带秤进行正确的使用和技术维 护。 (3)校准 皮带秤是在动态下对物料进行连续累计称量,因而,严格按照校准周 期及生产工艺的实际需要对其进行校准,是保证其称量准确度的必要条件。 2.3 混和系统设计 2.3.1 混合设备选择 针对复合肥要实现的是在运输过程中完成配料过程,针对此需求,选 择螺旋输送机实现此工序。 混合复合化肥生产过程中,混合工序是将按预先所需的已通过电子皮 带秤进行一定比例输送的原料进行混合。为了给混合过程创造一个良好的 物态条件,更有利于均匀。对混合过程中的要求都满足: 1.各种成分能均匀分散; 2.混合后的物料温度不能太高,以防物料结块; 3.混合时间要短,要能满足生产过程中连续出料的要求; 4.混合过程要在密封状态下进行,应能防止粉尘的逸出; 5.便于清洁,混合工序是在干燥状态下进行的,在整个过程中应注意 粉尘飞扬,要实现密封下操作。 根据颗粒生产工艺的特点,螺旋输送机作为混料设备具有高效的混合 效率,特别是在输送过程中能同时完成搅拌、混合等工序是该设备特有的 优点。 螺旋输送机是一种不带挠性牵引的输送设备,见图 2-2,因结构简单、 横截面尺寸小、密封性能好、便于中间装料和卸料,操作安全方便,制造 成本低而使用广泛。它利用螺旋形状的旋转面推移物料来完成输送工作。 17 工作中,物料像不旋转的螺母沿轴杆平移,使物料不与螺旋叶片一起旋转 的力是物料本身的重量和机壳与物料的摩擦及物料间的摩擦。它主要用来 输送各种粉尘状、颗粒状、小块状的物料,如化工原料、面粉、煤粉、烟 尘、水泥、粮食等,在输送过程中还可对物料进行搅拌、混合、加热和冷 却等工艺。 螺旋输送机是根据机械力学原理工作的,图 2-2 是其原理图,由螺旋 机本体、进出料口及驱动装置三大部分组成。螺旋机本体由头部轴承、尾 部轴承、螺旋、机壳、盖板及底座等组成。 螺旋杆由电机驱动旋转,带动复合肥沿着机壳内壁向前运动,实现连 续混合运输的要求。 图 2-2 螺旋输送机结构示意图 2.3.2 结构设计 1.应用范围及特点 螺旋输送机是在化工、建材、粮食等部门中广泛应用的一种输送设备, 主要用于输送粉状、颗粒状和小块状物料。 螺旋输送与其他输送设备相比较,具有结构简单、横截面尺寸小、密 封性能好、可以中间多点装料和卸料、操作安全方便以及制造成本低等优 点。它的缺点是机件磨损较严重、输送量较低、消耗功率大以及物料在运 输过程易被破碎。 2.分类及结构特征 螺旋输送机分为水平固定式螺旋输送机、垂直式螺旋输送机。对于复 合肥的运输生产线中用水平固定式螺旋输送机进行物料运送。 螺旋输送机由螺旋机本体、进出料及驱动装置三大部分组成。 其中螺旋机本体由头部轴承、尾部轴承、螺旋、机壳、盖板及底座等 组成。 驱动装置由电动机、减速器、联轴器及底座所组成。 3.设计计算 (1) 原始选料 [1]被输送物料的名称及特性 18 1 物料松散密度 β( )=0.9 。3t/m3t/ 2物料最大粒度(mm)及比率。 3一般物料粒度(mm)(2~5mm),温度(°C) ,含水率、粘度、磨琢 性及腐蚀性等。 [2]选型要求 1需要的输送能力(t/h) ; 2布置简图中输送长度 L(m) ,倾角 (°C) ,投影高度 H(m) 。 (2)GX 型螺旋输送机的计算 [1]螺旋直径及螺旋轴转速计算 1螺旋直径计算 (m) (2-12)2.5QDKC 式中 —输送能力,t/h;Q —物料特性系数; —填充系数; —倾角系数。见表 2-1 所示。C 表 2-1 倾角系数表 倾斜角 ≤0° ≤5° ≤10° ≤15° ≤20° 螺旋输送机倾斜布置 时的输送量校正系数C 1.0 0.9 0.8 0.7 0.65 按上式计算得 由式(2-12 )得 mm;D2.59004538.1 19 值应圆整为 mm。D60 2螺旋轴转速计算 (2-13)jAnD (mm)5064 取 (r/min) 螺距 .8t mm40 用螺旋直径 及转速 圆整后的数值,还必须对填充系数 进行验算:Dn (2-247QDntc 14) 式中 —螺旋节距,m。t 带入相关数值进(2-14)式得 29047.6.48. ,03 满足 。0.25~. [2]功率计算 1螺旋输送机所需轴功率 可由下式确定:0p (KW) (2-15)0()367QPLH 式中 —螺旋输送机倾斜布置是在垂直平面上的投影高度;H —螺旋输送机水平投影长度,m;L —物料阻力系数。0 带入相关数值进式(2-15)得 09(431.0)67P 20 (mm)3.18 2电动机功率 (KW) (2-16)01pPK 式中 —功率备用系数,对 Y 系列电动机取 1.0;1K —驱动装置总效率,一般取 0.9~0.94。 带相关数值进式(2-16)得 (KW)P3.2176085 根据实际对螺旋输送机的使用测定结果,实际轴功率要比理论计算功 率大 3~5 倍。 则 (KW)(~)3.19实 取电动机功率 22KW。 在选择螺旋输送机驱动装置时,应维持如下关系: 0[]PnF 式中 —当螺旋输送机不采用联轴器与驱动装置相联,而采用传动F 带或链条等传动时,在螺旋轴轴端上所加的总作用力,N; —许用悬臂载荷,N。[] GX 型螺旋输送机,其许用的功率转速比 及许用悬梁载荷 列于[]Nn[]F 表 2-2 中。 表 2-2 GX 型螺旋输送机许用功率转速比 与许用悬臂载荷[][] 螺旋直径 D150 200 250 300 400 500 600[]Nn 0.013 0.03 0.06 0.10 0.25 0.48 0.85 21 []F2100 3700 5800 8000 15000 24000 35000 其中,螺旋直径 ,mm; , ; ,N。D[]NnKWr/mi[]F 对 GX 型螺旋输送机而言,许用功率转速比 , r/min, 0.85n6 则 (KW),[]60.851 许用悬臂载荷 (N) ,3F02.903.856pn 通过上面计算的相关数值,反过来再对所选定的螺旋输送机进行输送 能力的验算。 求输送能力 Q,有 393.8t/h127m/0x 得 34.6/ 7.9h0 总结以上数据得 =600mm, =480mm, =60r/min, =90t/h。选择尺寸代号为 GX600DtnQ 的螺旋输送机符合要求。 4.在对螺旋输送机设计过程中最重要的是对已经确定的螺杆进行刚度 和强度的校核,当然就包括其中涉及的轴承强度、寿命的计算。 2.3.3 螺杆强度校核 下面先对螺杆进行校核。 1.按扭转强度条件计算 在作轴的结构设计时,通常采用这种方法初步估算轴径。轴的扭转强 度条件为 34950[].2(1)T TPnWd (2-17) 22 式中: —扭转切应力,单位为 MPa;T —轴所受的扭矩,单位为 N﹒mm; —轴的抗扭截面系数,单位为 mm³;TW —轴的转速,单位为 r/min;n —轴转速的功率,单位为 KW;P —计算截面处轴的直径,单位为 mm;d —许用扭转切应力,单位为 MPa[]T —空心轴的内径与外径之比,取 =0.5,见表 2-3。 表 2-3 轴常用几种材料的 及 值[]T0A 轴的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr、35Ci、Mn 、38SiMnMo、3C r13 /MPa[]T15~25 20~35 25~45 35~550A 149~126 135~112 126~103 112~97 对于空心轴 3420.85956.0.1()TW 符合 45 钢时 =25~45MPa 的要求。[] 2.按弯扭合成强度条件计算 通过轴的结构设计,轴的主要结构尺寸,以及外载荷和支反力的作用 位置均已确定,因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。其计 算步骤如下: 23 1)作出弯矩,如图 2-3 所示。 图 2-3 轴的载荷分析图 其中有: Ggv 23 937.8109.1044d (N)456 24 12FG N0.578()sbxal.)sFl((0)bxMal1/2))4lFG456.312035.9Nm 接着再对轴的强度进行校核。 已知轴的弯矩和扭矩后,可针对某些危险截面(即弯矩和扭矩大而轴 径可能不足的截面)作弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论,计算应 力 (2-18) 221()()4[]caMTW 式中: —轴的计算应力,单位为 MPa;ca —轴所受的弯矩,单位为 N﹒mm; —轴所受的扭矩,单位为 N﹒mm;T —轴的抗弯截面系数,单位为 。3m22635.9(7.4)10/cad 25 18.[] 3.按疲劳强度计算进行校核 这种校核计算的实质在于确定变应力情况下轴的安全程度。在已知轴 的外形、尺寸及载荷的基础上,即可通过分析确定出一个或几个危险截面 (这时不仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小,而且要考虑应力集中和 绝对尺寸等因素影响的程度) ,按式计算安全系数 并应使其稍大于或至caS 少等于设计安全系数 S,即 (2-19)2caS 其中仅有法向应力时,应满足 (2-20)1amSK 带数据进(2-20)得 2351.480.MZ 35.91.2 1.04 仅有扭转切应力时,应满足 (2-21)1amSK 352976.401. 26 16.97 由数据进(2-19)得 22.04.caS 9.8 则 =9.82 S=1.3~1.5,满足其轴的安全程度。caS 4.按静强度条件进行校核 轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的。静强度校核时 的强度条件是 (2-22)2sscasS 其中 (2-23)maxax()ssMFWA 带数据进(2-23)得 3224905.156.3090()46 2. (2-24)maxssTSW 带数据进式(2-24) 340.529761(.)s0.589. 27 带数据入式(2-22)得 2.567.1scaS ~4sS 式中 —材料的抗弯和抗扭屈服极限,单位为 MPa,其中,s ;(0.5~.62)ss —轴的危险截面上所受的最大弯矩,单位为 N﹒mm;max,MT —轴的危险截面上所受的最大轴向力,单位为 N;aF —轴的危险截面的面积,单位为 mm²;A —分别为危险截面的抗弯和抗扭截面系数,单位为 mm³。,TW 满足其要求。 5.轴的刚度校核计算 (1)轴的弯曲刚度校核计算 把阶梯轴看成是当量直径,然后按照材料力学中的公式计算。当量直 径 (单位为 mm)为vd (2-25)41vziLdl 式中: —阶梯轴第 i 段的长度,单位为 mm;il —阶梯轴第 i 段的直径,单位为 mm;id L—阶梯轴的计算长度,单位为 mm; Z—阶梯轴计算长度内的轴段数。 28 代入式得 44312058vd.9m (2)轴的扭转刚度校核计算 圆轴扭转角 [单位为(°)/m]的计算公式为: 阶梯轴 (2-26)15.73zipTlLGI 式中 —轴所受的扭矩,单位为 N﹒mm;T —轴的材料的剪切弹性模量,单位为 MPa,对于钢材,G MPa;48.10 —轴截面的极惯性矩,单位为 ,对于圆轴, ;pI 4m432pdI —阶梯轴受扭矩作用的长度,单位为 mm;L —分别代表阶梯轴第 i 段上所受的扭矩、长度和极惯性,ipiTlI 矩,单位同前; —阶梯轴受扭矩作用的轴段数。z 轴的扭转刚度条件为 >1(°)/m[] 代入相关值进式(2-26)得 447350296.1()()80 .8/m[]/ 满足对轴的扭转刚度条件。 29 2.3.4 轴承校核 根据工作条件选用 =140mm 的推力球轴承,轴承受径向力d N,转速 =60r/min,运转条件正常,要求寿命278rFn =20000h。10hL 根据式 (2-27)()hmdranTfCPC或 式中 C—基本额定动载荷计算值,N; —当量动载荷,其中 ,N;PraXFY —轴承转速,r/min;n —轴承寿命,h。L 计算: 所选推力球轴承 ,max0.56e1728rFe 则 P= (N)1.5(04.506)93 由 =122.3 (KN)62938hnLC621 验算 7328B 型推力球轴承的寿命可知计算所得的寿命值要大于其额定 寿命,即 =20002 (h) 610()hnP630()297 所以 7328B 型推力球轴承满足其要求。 30 第 3 章 配料混合系统控制电路与选型 3.1 控制电路设计 该系统是针对室内生产设计的,相配套的还有微机自动控制系统。集 控系统由隔爆可编程控制箱、本安现场操作箱、集控操作台、上位机、测 速传感器构成。带式输送机设置了速度传感器,信号接入 PLC 由 PLC 进行 运算处理,参加设备的联动和闭锁。包括电流过载保护、急停、报警、调 速等。整个配料、混合系统由 PLC 进行自动控制。 原料分别由三种型号相同的输送带运输,下料的阀门口一定,即出料 截面相恒定,可以按照任意比例进行配料、混合。 开始工作时,首先通过 PLC 来启动这个配料系统的三个电机,同时闭 合变频器的电源开关,变频器得电正向启转动,系统通过测速传感器测得 三台皮带分别的速度,由 PLC 的模拟扩展模块进行 A/D 信号转换,由 PLC 进行处理,变频器就可以通过变频来实现降压,从而实现变频调速,从而 实现系统的配料需求。 同时,控制部分还对系统设有保护功能。当生产过程中,由于皮带打 滑、电流过大、过载等意外的时候,PLC 又起到了自动报警的功能,这个 时候会自动复位。其配料原理图如 3-1 所示。 31 稳 压 器 滤 波 路电光闪 时延大放率功 点触度辐带 式 输 送 机等 分 隔 圆 盘 装 料 及 调 节 阀 门
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