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液壓挖掘機(jī)的半自動控制系統(tǒng)
Hirokazu Araya ,Masayuki Kagoshima
日本機(jī)械工程研究實(shí)驗(yàn)室Kobe Steel, Ltd., Nishi-ku, Kobe Hyogo 651 2271,
2000年7月27日
摘要
開發(fā)出了一種應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)的半自動控制系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)，即使是不熟練的操作者也能容易和精確地操控液壓挖掘機(jī)。構(gòu)造出了具有控制器的液壓挖掘機(jī)的精確數(shù)學(xué)控制模型，同時通過模擬實(shí)驗(yàn)研發(fā)出了其控制算法，并將其應(yīng)用在液壓挖掘機(jī)上，由此可以估算出它的工作效率。依照此法，可通過正反饋及前饋控制、非線性補(bǔ)償、狀態(tài)反饋和增益調(diào)度等各種手段獲得較高的控制精度和穩(wěn)定性能。自然雜志2001 版權(quán)所有
關(guān)鍵詞：施工機(jī)械；液壓挖掘機(jī)；前饋；狀態(tài)反饋；操作
1．引言
液壓挖掘機(jī)，被稱為大型鉸接式機(jī)器人，是一種施工機(jī)械。采用這種機(jī)器進(jìn)行挖掘和裝載操作，要求司機(jī)要具備高水平的操作技能，即便是熟練的司機(jī)也會產(chǎn)生相當(dāng)大的疲勞。另一方面，隨著操作者年齡增大，熟練司機(jī)的數(shù)量因而也將會減少。開發(fā)出一種讓任何人都能容易操控的液壓挖掘機(jī)就非常必要了[1-5]。
液壓挖掘機(jī)之所以要求較高的操作技能，其理由如下。
1.液壓挖掘機(jī)的操作，至少有兩個操作手柄必須同時操作并且要協(xié)調(diào)好。
2.操作手柄的動作方向與其所控的臂桿組件的運(yùn)動方向不同。
例如，液壓挖掘機(jī)的反鏟水平動作，必須同時操控三個操作手柄（動臂，斗柄，鏟斗）使鏟斗的頂部沿著水平面（圖1）運(yùn)動。在這種情況下，操作手柄的操作表明了執(zhí)行元件的動作方向，但是這種方向與工作方向不同。
如果司機(jī)只要操控一個操作桿，而其它自由桿臂自動的隨動動作，操作就變得非常簡單。這就是所謂的半自動控制系統(tǒng)。
開發(fā)這種半自動控制系統(tǒng)，必須解決以下兩個技術(shù)難題。
1. 自動控制系統(tǒng)必須采用普通的控制閥。
2. 液壓挖掘機(jī)必須補(bǔ)償其動態(tài)特性以提高其控制精度。
現(xiàn)已經(jīng)研發(fā)一種控制算法系統(tǒng)來解決這些技術(shù)問題，通過在實(shí)際的液壓挖掘機(jī)上試驗(yàn)證實(shí)了該控制算法的作用。而且我們已采用這種控制算法，設(shè)計(jì)出了液壓挖掘機(jī)的半自動控制系統(tǒng)。具體闡述如下。
2．液壓挖掘機(jī)的模型
為了研究液壓挖掘機(jī)的控制算法,必須分析液壓挖掘機(jī)的數(shù)學(xué)模型。液壓挖掘機(jī)的動臂、斗柄、鏟斗都是由液壓力驅(qū)動，其模型如圖2所示。模型的具體描述如下。
2.1 動態(tài)模型[6]
假定每一臂桿組件都是剛體，由拉格朗日運(yùn)動方程可得以下表達(dá)式： 其中
g是重力加速度；θi鉸接點(diǎn)角度；τi是提供的扭矩；li組件的長度；lgi轉(zhuǎn)軸中心到重心之距；mi組件的質(zhì)量；Ii是重心處的轉(zhuǎn)動慣量(下標(biāo)i=1-3;依次表示動臂，斗柄，鏟斗)。
2.2 挖掘機(jī)模型
每一臂桿組件都是由液壓缸驅(qū)動，液壓缸的流量是滑閥控制的，如圖3所示?？勺魅缦录僭O(shè)：
1.液壓閥的開度與閥芯的位移成比例。
2.系統(tǒng)無液壓油泄漏。
3.液壓油流經(jīng)液壓管道時無壓力損失。
4.液壓缸的頂部與桿的兩側(cè)同樣都是有效區(qū)域。
在這個問題上，對于每一臂桿組件，從液壓缸的壓力流量特性可得出以下方程：
當(dāng)
時；
其中，Ai是液壓缸的有效橫截面積;hi是液壓缸的長度;Xi是滑芯的位置；Psi是供給壓力;P1i是液壓缸的頂邊壓力；P2i是液壓缸的桿邊壓力；Vi是在液壓缸和管道的油量；Bi是滑閥的寬度；γ是油的密度；K是油分子的黏度；c是流量系數(shù)。
2.3 連桿關(guān)系
在圖1所示模型中，液壓缸長度改變率與桿臂的旋轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系如下：
(1)動臂
(2)斗柄
(3)鏟斗
當(dāng) 時，
2.4 扭矩關(guān)系
從2.3節(jié)的連桿關(guān)系可知，考慮到液壓缸的摩擦力，提供的扭矩τi如下
其中，Cci是粘滯摩擦系數(shù);Fi是液壓缸的動摩擦力。
2.5 滑閥的反應(yīng)特性
滑閥動作對液壓挖掘機(jī)的控制特性產(chǎn)生會很大的影響。因而，假定滑閥相對參考輸入有以下的一階延遲。
其中，是滑芯位移的參考輸入；是時間常數(shù)。
3 角度控制系統(tǒng)
如圖4所示，θ角基本上由隨動參考輸入角θγ通過位置反饋來控制。為了獲得更精確的控制，非線性補(bǔ)償和狀態(tài)反饋均加入位置反饋中。以下詳細(xì)討論其控制算法。
3.1 非線性補(bǔ)償
在普通的自動控制系統(tǒng)中，常使用如伺服閥這一類新的控制裝置。在半自動控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)自控與手控的協(xié)調(diào)，必須使用手動的主控閥。這一類閥中，閥芯的位移與閥的開度是非線性的關(guān)系。因此，自動控制操作中，利用這種關(guān)系，閥芯位移可由所要求的閥的開度反推出來。同時，非線性是可以補(bǔ)償?shù)模▓D5）。
3.2 狀態(tài)反饋
建立在第2節(jié)所討論的模型的基礎(chǔ)上，若動臂角度控制動態(tài)特性以一定的標(biāo)準(zhǔn)位置逼近而線性化（滑芯位移X 10，液壓缸壓力差P 110，動臂夾角 θ10），則該閉環(huán)傳遞函數(shù)為
其中，Kp是位置反饋增益系數(shù)；
由于系統(tǒng)有較小的系數(shù)a1,所以反應(yīng)是不穩(wěn)定的。例如，大型液壓挖掘機(jī)SK-16中。X10是0，給出的系數(shù)a0=2.710,a1=6.010,a2=1.210.加上加速度反饋放大系數(shù)Ka，因而閉環(huán)（圖4 的上環(huán)）的傳遞函數(shù)就是
加入這個因素,系數(shù)S就變大，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定?？梢姡眉铀俣确答亖硖岣叻磻?yīng)特性效果明顯。
但是，一般很難精確的測出加速度。為了避免這個問題，改用液壓缸力反饋取代加速度反饋（圖4的下環(huán)）。于是，液壓缸力由測出的缸內(nèi)的壓力計(jì)算而濾掉其低頻部分[7，8]。這就是所謂的壓力反饋。
4 伺服控制系統(tǒng)
當(dāng)一聯(lián)軸器是手動操控，而其它的聯(lián)軸器是因此而被隨動作控制時，這必須使用伺服控制系統(tǒng)。例如，如圖6所示，在反鏟水平動作控制中，動臂的控制是通過保持斗柄底部Z（由θ1與θ2計(jì)算所得）與Zr 的高度。為了獲得更精確的控制引入以下控制系統(tǒng)。
4.1 前饋控制
由圖1計(jì)算Z，可以得到
將方程（8）兩邊對時間求導(dǎo)，得到以下關(guān)系式，
右邊第一個式子看作是表達(dá)式（反饋部分）將替換成1，右邊第二個式子是表達(dá)式（前饋部分）計(jì)算當(dāng)θ2手動地改變時，θ1的改變量。
實(shí)際上，用不同的△θ2值可確定1。通過調(diào)整改變前饋增益Kff，可實(shí)現(xiàn)最佳的前饋率。
采用測量斗柄操作手柄的位置（如角度）取代測斗柄的角速度，因?yàn)轵?qū)動斗柄的角速度與操作手柄的位置近似成比例。
4.2 根據(jù)位置自適應(yīng)增益調(diào)度
類似液壓挖掘機(jī)的鉸接式機(jī)器人，其動態(tài)特性對位置非常敏感。因此，要在所有位置以恒定的增益穩(wěn)定的控制機(jī)器是困難的。為了解決這個難題，根據(jù)位置的自適應(yīng)增益調(diào)度并入反饋環(huán)中（圖6）。如圖7所示，自適應(yīng)放大系數(shù)（KZ或Kθ）作為函數(shù)的兩個變量，2和Z 、2表示斗柄的伸長量，Z是表示鏟斗的高度。
5 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)論
反鏟水平動作控制的模擬實(shí)驗(yàn)是將本文第4節(jié)所描述的控制算法用在本文第2節(jié)所討論的液壓挖掘機(jī)的模型上。（在SK-16大型液壓挖掘機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。）圖8表示其中一組結(jié)果?？刂葡到y(tǒng)啟動5秒以后，逐步加載擾動。圖9表示使用前饋控制能減少控制錯誤的產(chǎn)生.
6 半自動控制系統(tǒng)
建立在模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，半自動控制系統(tǒng)已制造出來，應(yīng)用在SK-16型挖掘機(jī)上試驗(yàn)。通過現(xiàn)場試驗(yàn)可驗(yàn)證其操作性。這一節(jié)將討論該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。
6.1 結(jié)構(gòu)
圖10的例子中，控制系統(tǒng)由控制器、傳感器、人機(jī)接口和液壓系統(tǒng)組成。
控制器是采用16位的微處理器，能接收來自動臂、斗柄、鏟斗傳感器的角度輸入信號，控制每一操作手柄的位置，選擇相應(yīng)的控制模式和計(jì)算其實(shí)際改變量，將來自放大器的信號以電信號形式輸出結(jié)果。液壓控制系統(tǒng)控制產(chǎn)生的液壓力與電磁比例閥的電信號成比例，主控閥的滑芯的位置控制流入液壓缸液壓油的流量。
為獲得高速度、高精度控制，在控制器上采用數(shù)字處理芯片，傳感器上使用高分辨率的磁編碼器。除此之外，在每一液壓缸上安裝壓力傳感器以便獲得壓力反饋信號。
以上處理后的數(shù)據(jù)都存在存儲器上，可以從通信端口中讀出。
6.2 控制功能
控制系統(tǒng)有三種控制模式，能根據(jù)操作桿
和選擇開關(guān)自動切換。其具體功能如下。
（1）反鏟水平動作模式：用水平反鏟切換開關(guān)，在手控斗柄推動操作中，系統(tǒng)自動的控制斗柄以及保持斗柄底部的水平運(yùn)動。在這種情況下，當(dāng)斗柄操作桿開始操控時，其參考位置是從地面到斗柄底部的高度。對動臂操作桿的手控操作能暫時中斷自動控制，因?yàn)槭挚夭僮鞯膬?yōu)先級高于自動控制。
（2）鏟斗水平舉升模式：用鏟斗水平舉升切換開關(guān)，在手控動臂舉升操作中，系統(tǒng)自動控制鏟斗。保持鏟斗角度等于其剛開始舉升時角度以阻止原材料從鏟斗中泄漏。
（3）手控操作模式：當(dāng)既沒有選擇反鏟水平動作模式，也沒有選擇鏟斗水平舉升模式時，動臂，斗柄，鏟斗都只能通過手動操作。
系統(tǒng)主要采用C語言編程來實(shí)現(xiàn)這些功能，以構(gòu)建穩(wěn)定模組提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
7 現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果與分析
通過對系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，證實(shí)該系統(tǒng)能準(zhǔn)確工作。核實(shí)本文第3、4節(jié)所闡述的控制算法的作用，如下所述。
7.1 單個組件的自動控制測試
對于動臂、斗柄、鏟斗每一組件，以±5o的梯度從最初始值開始改變其參考角度值，測量其反應(yīng)，從而確定第3節(jié)所描述的控制算法的作用。
7.1.1 非線性補(bǔ)償?shù)淖饔?
圖11 表明動臂下降時的測試結(jié)果。因?yàn)殡娨合到y(tǒng)存在不靈敏區(qū)，當(dāng)只有簡單的位置反饋而無補(bǔ)償時（圖11中的關(guān)）穩(wěn)態(tài)錯誤仍然存在。加入非線性補(bǔ)償后（圖11中的開）能減少這種錯誤的產(chǎn)生。
7.1.2 狀態(tài)反饋控制的作用
對于斗柄和鏟斗，只需位置反饋就可獲得穩(wěn)定響應(yīng)，但是增加加速度或壓力反饋能提高響應(yīng)速度。以動臂為例，僅只有位置反饋時，響應(yīng)趨向不穩(wěn)定。加入加速度或壓力反饋后，響應(yīng)的穩(wěn)定性得到改進(jìn)。例如，圖12表示動臂下降時，采用壓力反饋補(bǔ)償時的測試結(jié)果。
7.2 反鏟水平控制測試
在不同的控制和操作位置下進(jìn)行控制測驗(yàn)，觀察其控制特性，同時確定最優(yōu)控制參數(shù)（如圖6所示的控制放大系數(shù)）。
7.2.1 前饋控制作用
在只有位置反饋的情況下，增大放大系數(shù)Kp，減少△Z錯誤，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致系統(tǒng)延時，例如圖13所示的“關(guān)”，也就是Kp不能減小。采用第4.1節(jié)所描述的斗柄臂桿前饋控制能減少錯誤而不致于增大Kp。如圖示的“開”。
7.2.2 位置的補(bǔ)償作用
當(dāng)反鏟處在上升位置或者反鏟動作完成時，反鏟水平動作趨于不穩(wěn)定。不穩(wěn)定振蕩可根據(jù)其位置改變放大系數(shù)Kp來消除，如第4.2節(jié)所討論的。圖14 表示其作用，表明反鏟在離地大約2米時水平動作結(jié)果。與不裝補(bǔ)償裝置的情況相比較，圖中的關(guān)表示不裝時，開的情況具有補(bǔ)償提供穩(wěn)定響應(yīng)。
7.2.3 控制間隔的作用
關(guān)于控制操作的控制間隔的作用，研究結(jié)果如下：
1.當(dāng)控制間隔設(shè)置在超過100ms時，不穩(wěn)定振蕩因運(yùn)動的慣性隨位置而加劇。
2.當(dāng)控制間隔低于50ms時，其控制操作不能作如此大提高。
因此，考慮到計(jì)算精度，控制系統(tǒng)選定控制間隔為50ms。
7.2.4 受載作用
利用控制系統(tǒng)，使液壓挖掘機(jī)執(zhí)行實(shí)際挖掘動作，以研究其受載時的影響。在控制精度方面沒有發(fā)現(xiàn)與不加載荷時有很大的不同。
8 結(jié)論
本文表明狀態(tài)反饋與前饋控制組合，使精確控制液壓挖掘機(jī)成為可能。同時也證實(shí)了非線性補(bǔ)償能使普通控制閥應(yīng)用在自動控制系統(tǒng)中。因而應(yīng)用這些控制技術(shù)，允許即使是不熟練的司機(jī)也能容易和精確地操控液壓挖掘機(jī)。
將這些控制技術(shù)應(yīng)用在其它結(jié)構(gòu)的機(jī)器上，如履帶式起重機(jī)，能使普通結(jié)構(gòu)的機(jī)器改進(jìn)成為可讓任何人容易操控的機(jī)器。
參考文獻(xiàn)
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[8] H.B. Kuntze et al., On the model-based control of a hydraulic large range robot, IFAC Robot Control 1991 207–212.
LS螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)
摘要 ：LS型螺旋輸送機(jī)是采用國際標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,等效采用ISO1050-75標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)制造符合ZBJ1005.1-2-88專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)新穎，是我國九十年代替代GX型螺旋輸送機(jī)的換代產(chǎn)品。LS型螺旋輸送機(jī)的應(yīng)用范圍：螺旋機(jī)被廣泛地使用在各種工業(yè)部門，如建材、電力、化工、冶金、煤炭、機(jī)械、輕工、糧食及食品行業(yè)。
LS螺旋輸送機(jī)對輸送物料的要求，粉狀、粒狀和小塊狀物料。如：水泥、煤粉、糧食、化肥、灰渣、砂子等，物料溫度不得超過200℃，螺旋機(jī)不宜輸送易變質(zhì)的、粘性大的、易結(jié)塊的物料。因?yàn)檫@些物料在輸送時在一螺旋上，并隨之旋轉(zhuǎn)而不向前移動，或者在吊軸承處形成物料的積塞而會粘結(jié)使螺旋機(jī)不能正常工作。LS螺旋機(jī)的工作環(huán)境應(yīng)在-20℃~50℃之間，允許稍微傾斜使用，最大傾角不得超過20℃。
本次LS螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)主要分析了粉狀物料輸送的相關(guān)參數(shù)。 要求被輸送物料的名稱及特性來設(shè)計(jì)，按螺旋輸送機(jī)驅(qū)動方式，我們選擇了單端驅(qū)動。查閱了相關(guān)資料，才完成圖紙模型到圖紙數(shù)據(jù)，這都是強(qiáng)有力的效果。
關(guān)鍵詞：LS螺旋輸送機(jī) 物料 應(yīng)用范圍 技術(shù)參數(shù)。
指導(dǎo)老師簽名：
1
目 錄
1. 引言…………………………………………………………………………………1
2. 螺旋輸送機(jī)主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)和選用………………………………………1
2.1 螺旋輸送機(jī)的一般結(jié)構(gòu)…………………………………………………………1
2.1.1 螺旋輸送機(jī)的類型………………………………………………………………2
2.1.2 螺旋輸送機(jī)的特點(diǎn)………………………………………………………………3
2.2 螺旋輸送機(jī)的主要構(gòu)件…………………………………………………………4
2.2.1 螺旋體……………………………………………………………………………4
2.2.2 軸承………………………………………………………………………………9
2.2.3 機(jī)槽………………………………………………………………………………11
2.2.4 驅(qū)動裝置…………………………………………………………………………15
3. 水平螺旋輸送機(jī)的工作過程分析…………………………………………17
3.1 物料的運(yùn)動分析和葉片的設(shè)計(jì)…………………………………………………17
3.1.1 物料的運(yùn)動分析…………………………………………………………………17
3.1.2 葉片的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………21
4. 總體設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………………26
4.1 原始資料…………………………………………………………………………26
4.1.1 被輸送物料的名稱及特性………………………………………………………26
4.1.2 選型要求…………………………………………………………………………26
4.2 螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………26
4.2.1 確定螺旋直徑……………………………………………………………………26
4.2.2 確定螺旋轉(zhuǎn)速……………………………………………………………………27
4.2.3 功率的計(jì)算………………………………………………………………………27
4.2.3 電機(jī)的選擇………………………………………………………………………28
5. 總體尺寸設(shè)計(jì)……………………………………………………………………29
5.1 LS螺旋輸送機(jī)的外形及尺寸……………………………………………………29
5.1.1 長度與組合………………………………………………………………………30
5.2 附件尺寸…………………………………………………………………………30
5.2.1 進(jìn)料口……………………………………………………………………………30
5.2.2 出料口……………………………………………………………………………32
6. 用solidworks對連接軸進(jìn)行有限元分析………………………………33
7. 結(jié)論…………………………………………………………………………………38
8. 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………39
9. 致謝…………………………………………………………………………………40
附錄A 英文資料
附錄B 中文翻譯
南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文
1 引言
螺旋輸送機(jī)俗稱“絞龍”，是一種無撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送設(shè)備，它借助旋轉(zhuǎn)螺旋輸送葉片的推力將物料沿著機(jī)槽進(jìn)行輸送。螺旋輸送機(jī)被廣泛地使用在各種工業(yè)部門，如建材、電力、化工、冶金、煤炭、機(jī)械、輕工、糧食及食品行業(yè)。螺旋輸送機(jī)對輸 滾動，滑輪軸承互換結(jié)構(gòu)，并設(shè)防塵密封裝置，密封件用尼龍用塑料，因而其密封性好，耐磨性強(qiáng)，阻力小，壽命長?；瑒虞S瓦有需加潤滑劑的鑄銅瓦，合金而磨鑄鐵瓦和銅基石墨少油潤滑瓦，出料端設(shè)有清掃裝置，整機(jī)噪聲低，適應(yīng)性強(qiáng)，操作維修方便，進(jìn)出料口位置布置靈活。
LS型螺旋輸送機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍:
LS型螺旋輸送機(jī)是采用國際標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,等效采用ISO1050-75標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)制造符合ZBJ1005.1-2-88專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)新穎，是我國九十年代替代GX型螺旋輸送機(jī)的換代產(chǎn)品。
LS型螺旋輸送機(jī)與GX型相比，其頭部、尾部軸承移至殼體外，吊軸承采用滾動，滑輪軸承互換結(jié)構(gòu)，并設(shè)防塵密封裝置，密封件用尼龍用塑料，因而其密封性好，耐磨性強(qiáng)，阻力小，壽命長?；瑒虞S瓦有需加潤滑劑的鑄銅瓦，合金而磨鑄鐵瓦和銅基石墨少油潤滑瓦，出料端設(shè)有清掃裝置，整機(jī)噪聲低，適應(yīng)性強(qiáng)，操作維修方便，進(jìn)出料口位置布置靈活。
LS型螺旋輸送機(jī)的應(yīng)用范圍：螺旋機(jī)被廣泛地使用在各種工業(yè)部門，如建材、電力、化工、冶金、煤炭、機(jī)械、輕工、糧食及食品行業(yè)。
LS螺旋輸送機(jī)對輸送物料的要求，粉狀、粒狀和小塊狀物料，如：水泥、煤粉、糧食、化肥、灰渣、砂子等，物料溫度不得超過200℃，螺旋機(jī)不宜輸送易變質(zhì)的、粘性大的、易結(jié)塊的物料。因?yàn)檫@些物料在輸送時會粘結(jié)在一螺旋上，并隨之旋轉(zhuǎn)而不向前移動，或者在吊軸承處形成物料的積塞而使螺旋機(jī)不能正常工作。LS螺旋機(jī)的工作環(huán)境應(yīng)在-20℃~50℃之間，允許稍微傾斜使用，最大傾角不得超過20℃。
2 螺旋輸送機(jī)主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)和選用
2.1螺旋輸送機(jī)的一般結(jié)構(gòu)
螺旋輸送機(jī)的一般結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它由料槽、螺旋葉片和轉(zhuǎn)動軸組成的螺旋體、兩端軸承、中間懸掛軸承及驅(qū)動裝置所組成。螺旋體由兩端軸承和中間懸掛軸承支承，由驅(qū)動裝置驅(qū)動。螺旋輸送機(jī)工作時，物料由進(jìn)料口進(jìn)入料槽，在旋轉(zhuǎn)螺旋葉片的推動下，沿著料槽作軸向移動，直至卸料排出。
螺旋輸送機(jī)的基本機(jī)型有水平螺旋輸送機(jī)、垂直螺旋輸送機(jī)以及處于兩者之間的傾斜螺旋輸送機(jī)。此外，還有許多其他型式的兼有工藝過程和特殊作用的螺旋輸送機(jī)。
2.1.1螺旋輸送機(jī)的類型
1. 水平螺旋輸送機(jī)
水平螺旋輸送機(jī)多采用“U”形槽體（也可采用圓筒槽體）、較低的螺旋轉(zhuǎn)速及固定安裝的結(jié)構(gòu)，見圖1-1。輸送機(jī)工作時，物料從輸送機(jī)的一端加入槽體，被輸送到槽體的另一端或在任一希望的中間位置經(jīng)槽體底部的開口卸出。
2. 傾斜螺旋輸送機(jī)
輸送傾角≤20o的螺旋輸送機(jī)，一般與水平螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)相同。輸送傾角為20o—90o的螺旋輸送機(jī)，一般采用短螺距螺旋及圓筒壯槽體，螺旋體的轉(zhuǎn)速也需增加，其結(jié)構(gòu)如同垂直螺旋輸送機(jī)，如圖1-2。
3. 垂直螺旋輸送機(jī)
垂直螺旋輸送機(jī)可垂直提升一般的散狀物料，物料顆粒大小一般≤12mm。垂直螺旋輸送機(jī)的槽體為封閉的圓筒，螺旋體的轉(zhuǎn)動可采用底部驅(qū)動或頂部驅(qū)動。垂直螺旋輸送機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，所占空間位置小，制造成本底；缺點(diǎn)是輸送量小，輸送高度一般不超過8m。
2.1.2螺旋輸送機(jī)的特點(diǎn)
螺旋輸送機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低，易于維修，機(jī)槽密閉性較好，可以多點(diǎn)進(jìn)料和多點(diǎn)卸料，一臺輸送機(jī)可同時向兩個方向輸送物料，在輸送過程中還可以進(jìn)行物料的混合、攪拌、松散、加熱和冷卻等工藝過程。
螺旋輸送機(jī)的主要缺點(diǎn)：在輸送過程中，由于物料與機(jī)槽及螺旋體的摩擦以及螺旋體對物料的攪拌翻動，致使機(jī)槽和螺旋葉片易于磨損，同時對物料具有一定的破碎作用，且輸送功率消耗較大。螺旋輸送機(jī)對超載敏感，需要均勻進(jìn)料，否則容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。當(dāng)螺旋輸送機(jī)傾斜或垂直布置時，其功率將大大下降；輸送長度受到限制。
螺旋輸送機(jī)適宜輸送粉狀、顆粒狀和小塊狀物料，不適宜輸送長纖維狀、堅(jiān)硬大塊狀、易黏結(jié)成塊及易破碎的物料（特殊型式的螺旋輸送機(jī)也可以輸送成件物品，如袋、包、箱等）。螺旋輸送機(jī)主要用于距離不太長的水平輸送，或小傾角輸送，少數(shù)情況亦用于大傾角和垂直輸送。水平輸送長度一般小于40m，最長不超過70m。傾斜輸送高度一般不超過15m。垂直輸送高度一般不大于8m。它的某些變形常被用作喂料、計(jì)量、攪拌、烘干、仁殼分離、卸料以及連續(xù)加壓等設(shè)備。
2.2螺旋輸送機(jī)的主要構(gòu)件
2.2.1螺旋體
螺旋體是由螺旋軸和焊接在軸上的螺旋葉片組成。
根據(jù)輸送工藝的要求，螺旋葉片有多種形式，常用的有滿面式、帶式、齒式、和槳式四種。如圖2-1所示
圖2-1a所示為滿面式螺旋葉片。螺旋葉片的一邊緊貼在軸上，形成完整的螺旋面。這種葉片的構(gòu)造簡單，輸送能力強(qiáng)，適宜輸送散落性較好的、干燥的顆粒狀或粉狀物料，是使用最廣泛的葉片形式。
最常用的螺旋葉片為正螺旋面（又稱直母線螺旋面）。正螺旋面的母線是一條垂直于螺旋軸的直線。當(dāng)該直線繞軸線作均勻轉(zhuǎn)動且沿軸向作勻速直線運(yùn)動時，所形成的曲面為等距正螺旋面。若該直線沿軸向變速移動，所形成的曲面為變距螺旋面。當(dāng)母線與軸線不垂直時所形成的螺旋面稱為非正螺旋面（又稱彎曲母線螺旋面）。采用母線為曲線的螺旋葉片可以提高螺旋輸送機(jī)的輸送效率，但是由于此種葉片難以制作，因而很少采用。
圖2-1b所示為帶式螺旋葉片。螺旋葉片的一邊通過桿件與軸相連，形成帶式的螺旋面。這種葉片適宜輸送小塊狀的或粘滯性的物料。由于粘性物料易于粘附在實(shí)面螺旋葉片及軸上，而帶狀葉片和軸之間留有空間，因此可避免物料粘附和堆積。這種葉片對物料有較強(qiáng)的攪拌作用，但生產(chǎn)率較低。
滿面式螺旋葉片構(gòu)造簡單，輸送能力強(qiáng)，適宜輸送散落性較好的、干燥的顆粒狀或粉狀物料，是使用最廣泛的葉片形式。初步選用滿面式螺旋葉片。
根據(jù)原始數(shù)據(jù)D=500mm，則初步計(jì)算螺旋軸直徑
d=(0.2—0.35)D
取系數(shù)為0.2，計(jì)算得d=100mm
螺旋葉片的螺距s可根據(jù)輸送機(jī)的布置形式、輸送物料的特性以及螺旋直徑來選取，通常采用推薦的標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)螺旋直徑時，
s=(0.8—1.2)D
因此，螺距s可寫成通式s=kD。取k=0.8，計(jì)算得s=400mm
螺旋葉片上任一點(diǎn)的法線與螺旋軸線的夾角稱該點(diǎn)的螺旋升角。螺旋升角α由下式確定。
式中：s——螺距（m）
D1——該點(diǎn)所在螺旋線的直徑（m）
所以，螺旋葉片的外側(cè)升角α外和內(nèi)側(cè)升角α內(nèi)分別為
式中：D——螺旋體的外徑（m）
d——螺旋軸的外徑（m）
因?yàn)镈>d，故α內(nèi)>α外，即螺旋葉片的外側(cè)升角α外最小，內(nèi)側(cè)升角α內(nèi)最大。圖2-2是滿面式螺旋葉片的展開圖。
根據(jù)螺旋葉片在轉(zhuǎn)動軸上盤繞方向的不同，可將螺旋葉片分為左旋和右旋兩種。一種簡單判斷螺旋旋向的方法如2-3圖所示。面對螺旋葉片，如果螺旋葉片的邊緣順右臂傾斜則為右螺旋，順左臂傾斜則為左螺旋。物料的輸送方向是由螺旋葉片的旋向及轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)方向來決定的。物料的輸送方向可采用左、右手定則來判別。右螺旋用左手判別，左螺旋用右手判別。彎曲的四指表示軸的旋轉(zhuǎn)方向，而拇指所指方向即為物料的輸送方向。如圖2-3所示。在同一軸上盤繞兩種旋向的螺旋葉片，可同時進(jìn)行兩個方向的物料輸送。
在工業(yè)上螺旋輸送機(jī)的螺旋葉片通常采用厚度為2mm——12mm的35號及45號鋼制成。在使用過程中，螺旋葉片尤其是葉片的外緣磨損較快，為了增加葉片的耐磨性，可對其進(jìn)行熱處理，使葉片表面硬化。
螺旋輸送體的形成通常是先用鋼板制成分段螺旋葉片，再將分段的螺旋葉片彼此對焊在一起，并將其焊接固定在螺旋軸上，即組成螺旋體。螺旋體的制作方法主要有以下幾種。
纏繞成形法：將帶鋼纏繞在螺旋形模具的空隙內(nèi)強(qiáng)制成形。纏繞時葉片外緣容易產(chǎn)生裂紋，葉片橫截面容易發(fā)生彎曲，而且每種規(guī)格的葉片都要有專用的模具。
冷軋成形法：將帶鋼通過冷軋機(jī)上一對錐形軋輥的輾壓，形成連續(xù)多圈的環(huán)狀件，再令其通過螺旋分導(dǎo)裝置，則成為具有左（右）旋向并有一定螺距的螺旋葉片。這種方法制作的葉片其根部較厚，外邊緣較薄。
拉制成形法：先將鋼板沖裁成帶缺口發(fā)平面圓環(huán)，再經(jīng)過沖壓或錘鍛加工成一定螺距的螺旋葉片，然后將若干個這樣的螺旋葉片焊接或鉚接的、成一串連續(xù)的螺旋面。用此方法生產(chǎn)的螺旋葉片整體厚度相同，但制造效率低而勞動強(qiáng)度較大。
根據(jù)實(shí)際需求，螺旋葉片我們采用左旋方式，葉片采用厚度為8mm的45號鋼制成。在使用過程中，因葉片的外緣磨損較快，為了增加葉片的耐磨性，對螺旋葉片進(jìn)行熱處理。
螺旋輸送機(jī)的軸一般采用空心軸（鋼管）制成。這是因?yàn)檩S體承受相同扭矩的情況下，空心軸所需的材料和重量都要比實(shí)心軸節(jié)省，且相互之間的連接也較方便。為了便于制造和裝配，螺旋體一般制成2——4m長的節(jié)段，使用時將各節(jié)段連接起來。在軸與軸的連接處和安裝軸承處需使用一小段實(shí)心軸，其聯(lián)接方法如2-4圖所示。即在聯(lián)接處將實(shí)心軸伸入空心軸內(nèi)，再在空心軸外面套一段長約150mm的套筒，然后再用螺栓按相互垂直方向?qū)Υ┨淄才c兩軸緊固。當(dāng)采用此種聯(lián)結(jié)時，螺旋葉片應(yīng)與套筒連接在一起。另一種聯(lián)結(jié)方法是將實(shí)心軸伸入空心軸內(nèi)，再用幾只相適應(yīng)的螺釘或銷釘固定。此種方法主要用于快速螺旋輸送機(jī)螺旋軸的連接。
螺旋軸的直徑d與所傳遞的扭矩有關(guān)。單純輸送礫石一般采用滿面式螺旋葉片的輸送機(jī)，其螺旋軸的直徑常根據(jù)下述關(guān)系式確定。（摘自《機(jī)械設(shè)計(jì)》）
d=(0.2~0.35)D
式中，D——螺旋直徑（mm）。
當(dāng)螺旋直徑D較大時應(yīng)取該范圍的下限，反之取該范圍的上限，但選用后仍應(yīng)對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。幾種常用螺旋軸的系列尺寸見下表2-1
表2-1 水平螺旋輸送機(jī)螺旋體與螺旋軸的系列尺寸
螺旋體直徑D(mm)
100
160
200
250
315
400
500
螺旋軸直徑d(mm)
30
36
42
48
60
70
100
在正常情況下冷軋鋼的軸是可以滿足的；當(dāng)輸送有腐蝕性或污染的物料也可采用不銹鋼軸。輸送機(jī)采用無潤滑的鐵制懸掛軸承時要用淬火的聯(lián)結(jié)軸。而表面淬火的懸掛軸承要求配用表面淬火的軸。
根據(jù)介紹，我們設(shè)計(jì)的螺旋輸送機(jī)的軸材料選用45號鋼，采用空心軸（鋼管）制成，這樣軸體承受相同扭矩的情況下，空心軸所需的材料和重量都要比實(shí)心軸節(jié)省，且相互之間的連接也較方便。為了便于制造和裝配，螺旋體選用2m、4m、4m長的三節(jié)段，使用時將各節(jié)段連接起來。在軸與軸的連接處和安裝軸承處需使用一小段實(shí)心軸，其聯(lián)接方法如2-4圖所示。
螺旋軸的直徑d與所傳遞的扭矩有關(guān)。單純輸送礫石一般采用滿面式螺旋葉片的輸送機(jī)，其螺旋軸的直徑常根據(jù)下述關(guān)系式確定。
d=(0.2~0.35)D
式中，D——螺旋直徑（mm）。
由于螺旋直徑D較大時應(yīng)取該范圍的下限，我們選取0.2，得d=80mm。空心軸壁厚δ=20mm，β=d1/d=(d-2δ)/d=40mm/80mm=0.5。則
由前面的總體計(jì)算我們可知，P=4.67KW，則軸的扭矩為
則軸的最大切應(yīng)力為
所以螺旋軸滿足強(qiáng)度要求。
2.2.2軸承
螺旋輸送機(jī)的軸承根據(jù)其安裝位置和作用，可分為頭部軸承、尾部軸承和中間懸掛軸承三種。
頭部軸承又稱首端軸承，位于輸送機(jī)的驅(qū)動端（卸料端）。頭部軸承除了承受徑向載荷外，還要承受軸向載荷，因此該端采用止推軸承。這樣的布置可使螺旋軸承受拉力，其工作條件比承受壓力好。因?yàn)檩S向壓力會使螺旋軸受壓而發(fā)生撓曲。頭部軸承的結(jié)構(gòu)如2-5圖所示。螺旋加料機(jī)和某些短的螺旋輸送機(jī)也可采用加料端驅(qū)動，此時螺旋處于受壓狀態(tài)。
尾部軸承又稱末端軸承，通常采用雙列向心球面軸承，主要承受徑向載荷和少量的軸向載荷。頭部和尾部軸承常用凸緣安裝式，軸承裝于殼體兩端的端蓋外側(cè)，以便檢修和更換。
對于長度在3m以上的螺旋輸送機(jī)，為了避免螺旋軸受力彎曲，每隔2m左右應(yīng)設(shè)置一中間懸掛軸承。由于螺旋葉片在懸掛軸承處必須斷開，為了防止物料在此處堵塞，懸掛軸承的斷面尺寸和長度尺寸都應(yīng)盡量小。懸掛軸承一般采用滑動軸承，其軸襯由青銅、減磨鑄鐵、青銅及巴氏合金、硬質(zhì)合金及硬鐵、油浸木材或其他耐磨 材料制成。在某些情況下，也可采用滾動軸承進(jìn)行可靠的密封。在各種情形中，軸承都要裝設(shè)潤滑油杯以進(jìn)行潤滑。常用懸掛軸承的結(jié)構(gòu)如2-6圖所示
圖2-6
在設(shè)計(jì)時中間懸掛軸承我們選用滾動軸承。
懸掛軸承安裝在機(jī)槽兩側(cè)壁上緣的角鋼上，通過螺栓及兩個螺母并緊。懸掛軸承座在支承角鋼上應(yīng)可以縱向移動，保持浮動狀態(tài)，不得使懸掛軸承座固定在支承角鋼上。當(dāng)輸送磨磋性較大的物料時，接近中間懸掛軸承處的螺旋面承受的推力較大，所以應(yīng)將該部分的螺旋面加厚。
很多情況下都要求對霎時間頭部和尾部設(shè)置軸的防塵密封。采用密封壓蓋及槽體端部密封來防止槽體里的粉塵進(jìn)入軸承或防止水分沿軸進(jìn)入槽內(nèi)。
采用密封的滾動懸掛軸承，軸蓋上有防塵密封結(jié)構(gòu)，常用在不易加油，不加油或油對物料有污染的地方，密封效果好，壽命長，輸送物料溫度≤80℃。為滑動軸承，設(shè)有防塵密封裝置，有鑄銅瓦、合金耐磨鑄鐵瓦等，常用在輸送物料溫度較高（>80℃）或輸送液態(tài)物料。
2.2.3機(jī)槽
螺旋輸送機(jī)的機(jī)槽主要有U字型和圓筒型兩種。圖2-7所示是水平螺旋輸送機(jī)機(jī)槽的形式。帶有角鋼法蘭的截面為U字型的鋼制螺旋槽體是最常用的，U字型機(jī)槽一般用2——10mm的薄鋼板制成，其兩側(cè)壁垂直，底部呈半圓形，兩側(cè)壁的上端邊沿焊有縱向角鋼，用以固定蓋板及增強(qiáng)機(jī)槽的剛性，同時也用以固定懸掛軸承。機(jī)槽半圓的內(nèi)徑應(yīng)大于螺旋葉片的半徑，使其形成4——8mm的間隙。為了便于制造和安裝，每節(jié)機(jī)槽長約2——4m，節(jié)邊用角鋼加固并做成法蘭邊，以便用螺栓連接。機(jī)槽總長度超過3.5m時，為了避免其彎曲下垂，應(yīng)每隔2——3m設(shè)置一支架承托。折邊法蘭的U型槽體，頂部法蘭是由同一塊鋼板折邊加工而成的槽體，這樣制成的槽體重量輕而堅(jiān)固。活動底的U型槽體快速、方便地清理輸送機(jī)內(nèi)部的場合，該槽體由上部剛性的槽鋼與下部半圓形截面槽體所構(gòu)成，半圓形槽體的一邊為鉸接，另一邊則采用彈簧卡子夾緊或其他形式的快開聯(lián)結(jié)裝置。帶有夾套的槽體在其夾套上焊有換熱介質(zhì)的進(jìn)出口管，這種槽體廣泛用于加熱、冷卻或干燥被輸送的物料。矩形槽體適合于磨琢性強(qiáng)的物料。允許物料滯留在槽底，這樣可以防止物料和槽底的直接摩擦。
為了對機(jī)槽進(jìn)行封閉，機(jī)槽上部安裝有薄鋼板制成的蓋板。蓋板用螺栓固定在槽體上端的角鋼法蘭上，或用彈簧卡子緊夾在槽體上。蓋板可以開啟，以便對機(jī)槽進(jìn)行必要的檢查。對要求防塵的頂蓋還要在蓋板下加墊密封。在蓋板上開有進(jìn)料口，在機(jī)槽底部開有卸料口，進(jìn)料口和卸料口常做成方形（有時也采用圓形進(jìn)料口），以便安裝料管和平板閘門，如圖2-8所示。閘門控制常用手推式、齒條式及電動推桿式幾種。
根據(jù)設(shè)計(jì)需要我們采用U字型。因?yàn)閹в薪卿摲ㄌm的截面為U字型的鋼制螺旋槽體是最常用的。由于運(yùn)輸?shù)[石的螺旋輸送機(jī)對機(jī)槽的損傷較大，所以機(jī)槽由10mm的薄鋼板制成，其兩側(cè)壁垂直，底部呈半圓形，兩側(cè)壁的上端邊沿焊有縱向角鋼，用以固定蓋板及增強(qiáng)機(jī)槽的剛性，同時也用以固定懸掛軸承。為了便于制造和安裝，所設(shè)計(jì)的機(jī)槽為4m、4m、2m三節(jié)，為了避免其彎曲下垂，從輸送端每隔4m設(shè)置一支架承托。其具體尺寸數(shù)據(jù)見總體設(shè)計(jì)。因?yàn)闄C(jī)槽較長，采用折邊法蘭的U型槽體?；顒禹斏w的與槽體的聯(lián)結(jié)為簧卡子夾緊，蓋板可以開啟，這樣便于需要時較快地打開頂蓋。
圖2-8
進(jìn)、出料口一般在全機(jī)安裝固定后，根據(jù)工藝需要現(xiàn)場開口焊接。注意不要進(jìn)、出料口位置安排在兩端的軸承處和中間懸掛軸承處，也不要安裝在機(jī)槽的支腳處和接頭法蘭處。
圓筒型機(jī)槽又稱機(jī)筒，一般采用薄壁無縫鋼管制成，也可用2——4mm厚的鋼板卷制并在接縫處連續(xù)焊接而成，或使用硬質(zhì)塑料管。折邊法蘭對開管狀槽體是由兩個半圓形的帶有折邊法蘭的槽體用螺栓連在一起而構(gòu)成的管狀槽體。圓筒型機(jī)槽的內(nèi)徑要比螺旋直徑大些，它們之間的縫隙為5——10mm。圓筒型機(jī)槽的密封性好、剛度大，用于垂直螺旋輸送機(jī)和要求嚴(yán)格密封的場所。
螺旋輸送機(jī)的機(jī)槽在進(jìn)行安裝時，一定要注意對中和找直，否則，工作時由于劇烈而周期的撓曲應(yīng)力，會發(fā)生軸的斷裂，軸承的使用壽命也將大大減弱。
常用的螺旋輸送機(jī)進(jìn)料布置如圖2-9所示。
固定進(jìn)料時，可采用裝料設(shè)施以便可靠地調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)的進(jìn)料量。裝料設(shè)施可采用管狀槽體的螺旋給料機(jī)，使物料在預(yù)定速度下從料倉中將物料輸出，或采用旋轉(zhuǎn)葉輪給料機(jī)，以一定的轉(zhuǎn)速排出物料，其給料量由轉(zhuǎn)速確定。具有多點(diǎn)進(jìn)料的螺旋輸送機(jī)，必須有靈活可靠的進(jìn)料調(diào)節(jié)裝置。在給定時間里僅需打開一個進(jìn)料口時，應(yīng)限制閘門或開關(guān)裝置在最大開度時不至于使輸送機(jī)超載。當(dāng)需要開啟多個進(jìn)料口同時進(jìn)料時，必須小心地調(diào)節(jié)限制每一個進(jìn)料口的流量，以使其總量不要超過輸送機(jī)的設(shè)計(jì)能力。直接由固定儲倉進(jìn)料的螺旋輸送機(jī)，若沒有流量調(diào)節(jié)裝置，則將大大地增加超載的危險。進(jìn)料時由于物料塊度或顆粒的慣性作用會產(chǎn)生沖擊，有碰壞或磨損設(shè)備的可能，為此可在進(jìn)口溜槽中安裝折流擋板或緩沖腔來加以克服。
由于我們的螺旋輸送機(jī)用于礫石輸送，且輸送量大，所以采用較大的進(jìn)料口，以保證最大的輸送能力。
常用的螺旋輸送機(jī)卸料布置見圖2-10所示。
標(biāo)準(zhǔn)卸料是最廣泛采用的卸料布置，采用標(biāo)準(zhǔn)卸料口來約束物料的卸出并直接將物料送入后續(xù)的設(shè)備或儲存裝置。終端卸料的卸料口位于螺旋輸送機(jī)槽體的最末端。閘板卸料采用手輪或鏈輪操縱的齒條及小齒輪平閘板，進(jìn)行有選擇地定量卸料、閘板的操作方向可與輸送機(jī)的軸呈平行或垂直。無接管的卸料口是在輸送機(jī)槽體底部直接開口。開底卸料是在輸送機(jī)槽體的底部按任意要求的長度開口卸出物料，用于向料斗、料倉的卸料及布料。槽體端部卸料是指物料直接通過輸送機(jī)槽體端部的開口卸出，螺旋由局部端板支承，軸承安裝在端部的法蘭上，當(dāng)輸送機(jī)填充系數(shù)超過0.45時將不能采用這種卸料方法。端部敞開卸料時，輸送機(jī)尾節(jié)螺旋采用標(biāo)準(zhǔn)的懸掛軸承支承。
根據(jù)實(shí)際情況，選用標(biāo)準(zhǔn)的卸料布置，為防止物料滿溢，在卸料口和槽體端部間裝設(shè)一節(jié)與主螺旋呈相反方向的螺旋，以防止物料在最后卸料口前的堆積。
2.2.4驅(qū)動裝置
螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動裝置由電動機(jī)、減速器及聯(lián)軸器組成。圖2-11所示是水平螺旋輸送機(jī)常見的幾種傳動布置形式。圖2-11a所示的是電動機(jī)及減速器組合驅(qū)動方式，由Y型電機(jī)與ZQ型減速器組成，有左裝和右裝兩種裝配形式。圖2-11b所示是電動機(jī)及軸裝減速器組合驅(qū)動裝置，電動機(jī)安裝在托架上。螺旋輸送機(jī)的速度可通過調(diào)節(jié)不同直徑的三角皮帶輪而改變。當(dāng)螺旋輸送機(jī)輸送物料量比較穩(wěn)定時，傳動裝置可直接連接到螺旋輸送機(jī)的軸上，從而使結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠，如圖2-11c所示的齒輪減速電動機(jī)通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動的形式。如果螺旋輸送機(jī)進(jìn)料量不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)超載運(yùn)行時，傳動裝置可采用鏈條或三角皮帶與輸送機(jī)的軸連接，如圖2-11d所示螺旋輸送機(jī)的傳動軸通過鏈傳動連到減速器，減速器可以裝在各種不同的位置上，因此布置比較靈活。這種布置可以通過調(diào)換不同直徑的鏈輪來改變輸送機(jī)的速度使其滿足操作要求。功率較大的螺旋輸送機(jī)，可通過液力偶合器傳動，這樣既可均勻地吸收物料量波動的影響，又可以保護(hù)電動機(jī)及設(shè)備瞬時超載及停機(jī)的影響。
由于所設(shè)計(jì)的輸送機(jī)運(yùn)載量大，在使用過程中會出現(xiàn)如進(jìn)料量不穩(wěn)定，超載運(yùn)行 等情況，因此我們選用齒輪減速電動機(jī)通過聯(lián)軸器直接驅(qū)動的形式。
3 水平螺旋輸送機(jī)的工作過程分析
3.1物料的運(yùn)動分析和葉片的設(shè)計(jì)
3.1.1 物料的運(yùn)動分析
當(dāng)螺旋體傳動時，進(jìn)入機(jī)槽的物料受到螺旋葉片的法向推力，該推力的徑向分量和葉片對物料的摩擦力將物料繞軸轉(zhuǎn)動；而物料的重力和機(jī)槽對物料的摩擦力又阻止物料繞軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)螺旋葉片對物料法向推力的軸向分量克服了機(jī)槽對物料的摩擦力及法向推力的徑向分量，物料不和螺旋一起旋轉(zhuǎn)，只沿料槽向前運(yùn)移。其情況猶如被持住不能轉(zhuǎn)動的螺母在旋轉(zhuǎn)的螺桿上作直線運(yùn)動一樣。但是物料顆粒在輸送過程中，其運(yùn)動由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響并非作單純的直線運(yùn)動，而是一個空間運(yùn)動。
當(dāng)螺旋升角為α并在展開狀態(tài)時，螺旋線用一條斜直線表示。則旋轉(zhuǎn)螺旋面作用于半徑為r（距螺旋軸線之距離）處的物料顆粒A上的力為P合。由于摩擦的原因，P合之方向與螺旋線的法向方向偏離了φ角。此力可分解為切向分力P切和法向分力P法，如圖所示。圖中φ角是由物料對螺旋面的摩擦角ρ及螺旋表面粗糙程度決定的。對于一般沖壓而成或經(jīng)過很好加工的螺旋面，可以不考慮螺旋表面粗糙程度對φ角的影響，此時則認(rèn)為φ≈ρ。
物料顆粒A在P合作用下，在料槽中進(jìn)行著一個復(fù)合運(yùn)動，即具有圓周速度v側(cè)和軸向速度v軸，其合成速度為v合，圖表示了其速度的分解。
若螺旋的轉(zhuǎn)速為n，處于螺旋面上的被研究物料顆粒A的運(yùn)動速度，由圖中三角形ABC可得
因?yàn)?
所以
圓周速度為
以摩擦系數(shù)μ=tanρ代入上式，得到圓周速度
由于
因此，將上述各式代入并經(jīng)過換算后，便可求得物料顆粒的圓周速度計(jì)算公式，
式中：s——螺旋的螺距(m)
n——螺旋的轉(zhuǎn)速(r/min)
r——所研究的物料顆粒離軸線的半徑(m)
μ面——物料與螺旋面的摩擦系數(shù)μ面=tanρ
若使公式對r求一次導(dǎo)數(shù)，并令其值，便可求得存在v圓最大值的半徑為
同樣，根據(jù)圖3-2的速度分解關(guān)系，可得物料顆粒的軸向輸送速度的計(jì)算公式：
圖3-3表示了對于幾種不同螺距的速度v圓和v軸隨半徑而變化的曲線圖。由圖中可知，對于處于直線OB1B2B3m以右的r值的母線螺旋而上的被輸送物料，其圓周速度v圓在半徑長度范圍內(nèi)并不是常數(shù)，因此，在其運(yùn)移過程中要產(chǎn)生物料之間的相對滑動。在靠近螺旋軸的物料之圓周速度要比外層的大，但該處的軸向輸送速度卻顯著降低。所以使內(nèi)層的物料較快地繞軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，較早地到達(dá)表面，這就產(chǎn)生了一個附加料流。它不僅對物料的輸送起著不良的影響，同時也增加了功率的消耗。但在靠近螺旋外側(cè)的物料，其軸向輸送速度要大于圓周速度。
為了避免直母線螺旋面的上述問題，而又能獲得物料的最大軸向速度，因而采用如圖3-4所示的彎曲母線螺旋面。這種螺旋面在靠近螺旋軸處的升角為正α，而在靠近槽壁處的升角為負(fù)α。這樣在靠近螺旋軸的區(qū)域處將具有指向槽壁的徑向速度，增加了內(nèi)層物料對外層物料的壓力和摩擦力，致使螺旋軸附近的附加料流適當(dāng)?shù)販p小。但在靠近槽壁處，由于具有升角負(fù)α的螺旋面，亦具有指向螺旋軸線的圓周速度，則使該處物料對料槽槽壁的壓力降低，乃至消除，從而減落或避免了由此引起的能量消耗和物料軸向輸送速度的降低。
水平螺旋輸送機(jī)工作時，物料在機(jī)槽底部并偏向轉(zhuǎn)動方向的一側(cè)，該物料面與水平形成的夾角φ為物料的倒塌角，如圖3-5所示。在此面上物料處于力的平衡，當(dāng)物料面轉(zhuǎn)角φ>φd時，物料沿倒塌角下滑，形成倒塌現(xiàn)象。倒塌下來的物料一部分不斷翻起在落下，一部分越過軸并落到軸的另一側(cè)，即下一個螺距中，形成附加料流。因此，當(dāng)輸送機(jī)工作時，應(yīng)使物料面的轉(zhuǎn)角不大于物料的倒塌角，即
式中：φ0——物料在靜止?fàn)顟B(tài)時的內(nèi)摩擦角（o）
φd——螺旋輸送機(jī)穩(wěn)定工作時物料面形成的倒塌角（o）
φ——物料面的轉(zhuǎn)角（o）
3.1.2葉片的設(shè)計(jì)
在螺旋輸送機(jī)工作過程中，物料面的轉(zhuǎn)角與填充系數(shù)即進(jìn)料量、螺距大小及螺旋面的型式等因素有關(guān)。
螺旋輸送機(jī)工作時，機(jī)槽中物料的填充系數(shù)ψ（即進(jìn)料量）影響輸送過程和能量消耗。圖3-6是輸送礫石時，對于不同填充系數(shù)的物料層堆積的情況及其滑移面。當(dāng)裝滿系數(shù)較小時（即ψ=5％），物料堆集的高度低矮且大部分靠近槽壁而具有較低的圓周速度，物料運(yùn)動的滑移面幾乎平行于輸送方向，見圖3-6a。物料顆粒在軸向的運(yùn)動要比圓周方向顯著得多。所以，這時垂直于輸送方向的附加料流很少，單位能量消耗也較低。但是，當(dāng)填充系數(shù)提高（ψ=13％或ψ=40％）時，則物料的滑移面將變陡，見圖3-6b、c。此時，物料在圓周方向的運(yùn)動加強(qiáng)，在輸送方向的運(yùn)動減弱，附加料流增大，導(dǎo)致輸送速度的降低和附加能量的消耗。因而，對于水平螺旋輸送機(jī)來說，物料的填充系數(shù)并不能無限增加，一般取填充系數(shù)ψ＜45％。各種散粒物料的填充系數(shù)可參考化學(xué)工業(yè)出版社出版的1999版《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊下冊》P335表15-1。
圖3-6
填充系數(shù)主要與被輸送物料的性質(zhì)有關(guān)。輸送細(xì)粉、易流動且沒有磨琢性或有輕微磨琢性的散狀固體物料時（如面粉、谷物等），填充系數(shù)可達(dá)到0.45；如果被輸送的物料易于粘結(jié)或具有中等程度磨琢性的細(xì)粒或小塊，則填充系數(shù)限制在0.3左右。如果與此同時物料還有一定程度的磨琢性，螺旋的轉(zhuǎn)速就要減少。對于磨琢性的及大物料（如礦石等），填充系數(shù)將進(jìn)一步地限制，大約只能取0.15。
螺距的大小也直接影響物料的輸送過程，如果填充系數(shù)不變，當(dāng)螺距不同時，則物料的滑移面亦隨之改變。如果改變了填充系數(shù)，則必導(dǎo)致物料運(yùn)動速度分布的變化。所以，應(yīng)從考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量間的適當(dāng)分布關(guān)系等兩個條件，來確定最合理的螺距尺寸。
從圖3-2可得出物料顆粒A所受螺旋面在軸向方向上的作用力為
為了使P軸>0，則必須滿足
根據(jù)前面的討論得知，最小的半徑r=d/2（其中d為螺旋軸的直徑）初所得的螺旋升角α是最大的，則軸向輸送方向的作用力P軸最小。根據(jù)這個條件，最大的許用螺距值應(yīng)由下面兩式求得
若以k1=d/D（D為螺旋的外徑）代入上式，則得
確定最大的許用螺距時，必須滿足的第二個條件是建立在使物料顆粒具有最合理的速度各分量間的關(guān)系的基礎(chǔ)上。亦即應(yīng)使物料顆粒具有盡可能大的軸向輸送速度，同時又使螺旋面上各點(diǎn)的軸向輸送速度大于圓周速度，如圖3-2所示。螺距的大小將影響速度各分量的分布。當(dāng)螺距增加時，雖說軸向輸送速度增大，但是會出現(xiàn)圓周速度不恰當(dāng)?shù)姆植记闆r；相反，當(dāng)螺距較小時，速度各分量的分布情況較好，但是軸向輸送速度卻較小。于是，根據(jù)在螺旋圓周處的v圓≤v軸的條件，并利用公式可得
又因?yàn)榇藭r2r=D（螺旋圓周處），故得求螺距的第二個條件為
分析了填充系數(shù)及螺距對物料輸送過程的影響后，可以指出，對于較大的裝滿系數(shù)，應(yīng)取最小的螺距值；反之，對于較小的裝滿系數(shù)，螺距可偏于取最大值。
由前述知，在螺旋面同一母線上各點(diǎn)的升角α不同。葉片外緣點(diǎn)處升角α外最小，向內(nèi)升角逐漸增大，至葉片內(nèi)緣點(diǎn)處即靠近螺旋軸處的升角α內(nèi)最大。由此得知，螺旋葉片同一差別越大，各點(diǎn)處物料轉(zhuǎn)角φ的差別越大，在較大的半徑范圍內(nèi)物料轉(zhuǎn)角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。從螺距對物料運(yùn)輸速度各分量分布的影響也可知，螺距增大，在靠近螺旋軸處物料的v圓顯著增加，且在較大的半徑范圍內(nèi)v圓>v軸，使較多物料的轉(zhuǎn)角大于其倒塌角，形成更多的附加料流。
圖3-7a繪出了水平螺旋輸送機(jī)的容積生產(chǎn)率V與螺旋軸直徑d、物料與螺旋葉片摩擦系數(shù)tanφ1間的關(guān)系。該圖是在螺旋直徑D保持不變時，s/D=1的情況繪制的。由圖可知，水平螺旋輸送機(jī)的容積生產(chǎn)率是隨螺旋軸直徑d及物料與葉片間的摩擦系數(shù)f1=tanφ1的增大而下降的。而圖3-7b則繪出了水平螺旋輸送機(jī)的容積生產(chǎn)率與s/D的比值及物料與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)的關(guān)系。由圖可知，s/D比值的適宜范圍是0.8—1.25，在此范圍之外，生產(chǎn)率則明顯下降；此外，物料與螺旋葉片間摩擦系數(shù)的大小對產(chǎn)量也有較大的影響，特別是當(dāng)s/D比值較大時，隨著f1=tanφ1的增大，產(chǎn)量下降得很厲害。例如，當(dāng)s/D=2時，若f1=0.3，則V=950；若f1=0.9，則V=0，即此時物料只隨螺旋葉片轉(zhuǎn)動而其軸向運(yùn)動停止。因此，除適宜選擇s/D比值外，還應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡x擇螺旋葉片的材料及其光滑程度，以盡量減小物料與螺旋葉片間的摩擦系數(shù)。
通過以往試驗(yàn)得知，螺旋在一定的轉(zhuǎn)速內(nèi)，對物料顆粒運(yùn)動的影響并不顯著。但是當(dāng)超過一定的轉(zhuǎn)速時，物料受到過大的切向力而被拋起，開始產(chǎn)生垂直于輸送方向的徑向跳躍，從而對輸送過程產(chǎn)生不利影響。因此，螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)被輸送物料的最低跳躍高度來確定。但是，由于至今尚缺乏有關(guān)各種物料的許用最低跳躍高度的資料，因此在實(shí)用計(jì)算中，用下列經(jīng)驗(yàn)公式來確定螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速：
式中，D 螺旋直徑（m）
A 物料特性系數(shù)，由化學(xué)工業(yè)出版社出版的1999版《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊下冊》P335表15-1查出
從式可知，螺旋的最大許用轉(zhuǎn)速是螺旋輸送機(jī)直徑的函數(shù)，同時也和輸送物料性質(zhì)及填充系數(shù)有關(guān)。在滿足輸送量要求的情況下，應(yīng)選用較低的轉(zhuǎn)速，以減小物料對螺旋葉片及機(jī)殼磨損，延長使用壽命。
4 總體設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1原始資料
4.1.1被輸送物料的名稱及特性
（1）物料：面粉
（2）面粉為干的、無磨琢性、無腐蝕物料
4.1.2選型要求
（1）輸送能力Q=40 t/h
（2）水平輸送，輸送長度L為15米
4.2螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
由于該機(jī)用于純運(yùn)輸，因而選用實(shí)體螺旋面型葉片；根據(jù)選型要求，確定該機(jī)為LS型螺旋輸送機(jī)
4.2.1確定螺旋直徑D
式中 Q 輸送能力
K 物料特性系數(shù)，常用物料K值見表5-1
Ψ 填充系數(shù)，見表5-2
C 傾角系數(shù)，見表5-3
表5-1常用物料
物料的粒度
物料的磨琢性
物料的典型例子
特性系數(shù)
K
綜合系數(shù)
A
粉狀
無磨琢性
半磨琢性
面粉、石墨、石灰、純堿
0.0415
75
粉狀
磨琢性
干爐粉、水泥、石膏粉、白粉
0.565
35
粉狀
無磨琢性
半磨琢性
谷物、鋸木屑、泥煤
0.0490
50
粒狀
磨琢性
造型土、型砂、沙成粒的爐渣
0.0600
30
固體
粘性、易結(jié)塊
含水的糖、淀粉質(zhì)的團(tuán)
0.010
20
表5-2填充系數(shù)
物料特性
易流動，磨損很少
少量磨損且為顆粒至小塊狀
磨損性、侵蝕性大
ψ
0.45
0.33
0.15
表5-3傾角系數(shù)
傾斜度
0o
≦5o
≦10o
≦15o
≦20o
C
1.0
0.90
0.80
0.70
0.65
4.2.2確定螺旋轉(zhuǎn)速n
螺旋轉(zhuǎn)速在滿足輸送能力的條件下不宜過高，以免物料受過大的切向力而被拋起，以致無法向前輸送。因此。螺旋軸轉(zhuǎn)速n不能超過某一極限轉(zhuǎn)速nj
式中 A——物料綜合系數(shù)
根據(jù)要求計(jì)算出來的轉(zhuǎn)速n圓整為下列轉(zhuǎn)速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min，并且要用螺旋直徑D和轉(zhuǎn)速n圓整后的數(shù)值，對填充系數(shù)Ψ進(jìn)行驗(yàn)算。
圓整n=45 r/min，驗(yàn)算Ψ。
4.2.3功率的計(jì)算
螺旋輸送機(jī)所需軸功率
P0=(kw)
式中 Q —輸送量，t/h
—阻力系數(shù)，見表5-4
L—螺旋輸送機(jī)長度，m
D—螺旋輸送機(jī)直徑，m
H—傾斜布置時的垂直高度，m
表5-4物料阻力系數(shù)
物料特征
物料的典型例子
物料阻力系數(shù)
ωo
干的，無磨琢性
糧食、谷物、鋸木屑、煤粉、面粉
1.2
濕的，無磨琢性
棉子、麥芽、糖塊、石英粉
1.5
半磨琢性
純堿、塊煤、食鹽
2.5
磨琢性
卵石、砂、水泥、焦炭
3.2
強(qiáng)磨琢性或粘性
爐灰、造型土、石灰、硫、砂糖
4.0
P0=(kw)=40*(1.2*15+0)/367
≈2 kw
電動機(jī)功率P可按下式計(jì)算：P=KP0/ (kw)
式中 —驅(qū)動裝置總效率，一般取=0.85-0.9，這里取=0.88
K為功率儲備系數(shù)，一般為1.2-1.4 這里取K=1.4
P=1.4*2/0.88≈3.2(kw)
4.2.4電機(jī)的選擇
方案
平動
機(jī)型號
額定功率(kw)
電動機(jī)轉(zhuǎn)速
電機(jī)質(zhì)量
總傳動比
同步
滿載
1
Y132M-4
7.5
1500
1440
81
41.14
2
Y160L-8
7.5
750
720
145
20.57
5 總體尺寸設(shè)計(jì)
5.1LS螺旋輸送機(jī)的外形及尺寸
圖5-1
表5-5 摘自《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》
規(guī)格
h
h1
l
C3
B
F
L0
P
Q
T1
T2
X
Y
d
e
LS100
140
63
2500
100
180
50
1000～ 3000
60
190
120
110
232
170
25
42
LS125
160
75
2500
130
210
50
1000～3000
60
220
130
130
252
170
30
58
LS160
180
90
2500
160
244
50
1000～3000
60
250
150
150
254
176
35
58
LS200
200
112
2500
200
304
50
1000～3000
60
285
180
180
285
182
40
82
LS250
250
140
3000
250
356
50
1000～3500
60
330
210
220
292
188
50
82
LS315
280
180
3000
320
420
100
1000～3500
60
380
250
250
322
190
60
105
LS400
355
224
3000
400
530
100
1000～3500
60
430
300
280
406
212
70
140
LS500
400
280
4000
500
632
100
1500～5000
100
500
360
340
441
218
80
170
LS630
500
355
4000
630
768
150
1500～5000
100
570
430
420
528
240
100
210
LS800
630
450
4000
800
998
150
1500～5000
100
710
530
520
542
260
120
210
LS1000
710
560
4500
1000
1212
200
1500～5500
100
810
640
630
616
272
140
250
LS1250
800
710
4500
1250
1462
200
1500～5500
100
1000
880
760
671
284
170
300
5.1.1長度與組合
其組合為：頭節(jié)L01=3m選1個，中間節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)L02=3m選3個，中間節(jié)的選配節(jié)L02=2m選2個，尾節(jié)L03=3m選1個。
5.2附件尺寸
5.2.1進(jìn)料口
見下圖5-2，表5-6
圖5-2
表5-6 摘自《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》
型號規(guī)格
A × A'
B × B'
C × C'
T1
δ
n
d
質(zhì)量
kg
LS100
100×100
160×160
136×136
120
2
4
10
0.7
LS125
125×125
185×185
161×161
130
2
4
10
0.8
LS160
160×160
220×220
196×196
150
3
8
10
1.1
LS200
200×200
280×280
248×248
180
3
8
10
1.6
LS250
250×250
330×330
298×298
210
3
8
12
2.8
LS315
315×315
395×395
363×363
250
3
8
12
3.4
LS400
400×400
500×500
456×456
300
4
8
12
5.0
LS500
500×500
600×600
558×558
360
4
8
12
8.3
LS630
630×630
730×730
688×688
430
5
16
14
10.2
LS800
800×800
960×960
888×888
530
5
16
14
16.6
LS1000
1000×1000
1160×1160
1090×1090
640
6
20
18
29.9
LS1250
1250×1250
1410×1410
1338×1338
880
6
22
18
53.8
5.2.2出料口
圖5-3
表5-7 摘自《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》
型號規(guī)格
A × A'
B × B'
C × C'
T2
δ
R
n
d
質(zhì)量
kg
LS100
100×100
160×160
136×136
110
2
59.5
4
10
0.8
LS125
125×125
185×185
161×161
130
2
74.5
4
10
1.0
LS160
160×160
220×220
196×196
150
3
93
8
10
1.3
LS200
200×200
280×280
248×248
180
3
113
8
10
2.2
LS250
250×250
330×330
298×298
220
3
138
8
12
4.5
LS315
315×315
395×395
363×363
250
3
171.5
8
12
6.7
LS400
400×400
500×500
456×456
280
4
216.5
8
12
8.7
LS500
500×500
600×600
558×558
340
4
267.5
8
12
16.6
LS630
630×630
730×730
688×688
420
5
335
16
14
24.4
LS800
800×800
960×960
888×888
520
5
421
16
14
42.4
LS1000
1000×1000
1160×1160
1090×1090
630
6
526
20
18
88.6
LS1250
1250×1250
1410×1410
1338×1338
760
6
651
22
18
120.2
6．用solidworks對連接軸進(jìn)行有限元分析
有限元是那些集合在一起能夠表示實(shí)際連續(xù)域的離散單元，有限元分析是將物體劃分成有限個單元，這些單元之間通過有限個節(jié)點(diǎn)相互連接，單元看作是不可變形的剛體，單元之間的力通過節(jié)點(diǎn)傳遞，然后利用能量原理建立各單元矩陣；在輸入材料特性、載荷和約束等邊界條件后，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行物體變形、應(yīng)力和溫度場等力學(xué)特性的計(jì)算，最后對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，顯示變形后物體的形狀及應(yīng)力分布圖。
Solidworks該軟件采用了有限元素方法 (FEM)。FEM 是一種用于分析工程設(shè)計(jì)的數(shù)字方法。FEM 由于其通用性和適合使用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，因此已被公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的分析方法。FEM 將模型劃分為許多稱作單元的簡單小塊形狀，從而有效地用許多需要同時解決的小問題來替代一個復(fù)雜問題。
零件的CAD模型 劃分為小塊(單元)的模型
單元共享被稱為節(jié)的共同點(diǎn)，將模型劃分為小塊的過程稱為網(wǎng)格化。對于所有可能的支持情形和載荷情形，每個單元的行為都是非常清楚的，有限元素方法使用具有不同形狀的單元。單元中任意一點(diǎn)的響應(yīng)都是從單元節(jié)處的響應(yīng)插入的，每個節(jié)均由許多參數(shù)完整描述，具體取決于所用的分析類型和單元。例如，節(jié)的溫度完整描述了節(jié)在熱分析中的響應(yīng)。對于結(jié)構(gòu)分析，節(jié)的響應(yīng)通常由三個平移和三個旋轉(zhuǎn)操作完整描述，這些就稱作自由度 (DOF)，使用 FEM 進(jìn)行分析就稱作有限元素分析 (FEA)。
四面單元。紅點(diǎn)代表節(jié)。單元的邊線可以是曲線，也可以是直線
該軟件會生成控制每個單元的行為的方程式，其中考慮了每個單元與其它單元之間的聯(lián)系，這些方程式將響應(yīng)與已知的材料屬性、約束和載荷相關(guān)聯(lián)，接下來，該程序?qū)⑦@些方程式組織成一大組需同時求解的代數(shù)方程式，然后求解未知量。例如，在應(yīng)力分析中，解算器找到每個節(jié)上的位移，然后該程序計(jì)算應(yīng)變，并最終計(jì)算出應(yīng)力。
COSMOSWorks是一個與 SolidWorks完全集成的設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)，它提供了單一屏幕解決方案來進(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析。COSMOSWorks憑借著快速解算器的強(qiáng)有力支持，使得您能夠使用個人計(jì)算機(jī)快速解決大型問題。COSMOSWorks提供了多種捆綁包，可滿足您的分析需要，它節(jié)省了搜索最佳設(shè)計(jì)所需的時間和精力，可大大縮短產(chǎn)品上市時間。
進(jìn)行分析所需的步驟取決于算例類型?？梢詧?zhí)行以下步驟來完成算例：
1、生成算例并定義其分析類型和選項(xiàng)。網(wǎng)格定義了可供使用的單元類型。
2、如果需要，請為算例定義參數(shù)。參數(shù)可以是模型尺寸、材料屬性、力值或任何其它輸入。
3、定義材料屬性。如果在 CAD 系統(tǒng)中定義了材料屬性，則不需要執(zhí)行這一步,疲勞算例和優(yōu)化算例使用參考的算例來獲得材料定義。
4、指定約束和載荷。您可以使用參數(shù)而非數(shù)值。疲勞算例和優(yōu)化算例使用參考的算例來獲得約束和載荷。掉落測試算例不允許定義在設(shè)定過程之外指定的約束和載荷。
5、對于使用曲面的外殼網(wǎng)格，請使用外殼。
6、對于橫梁網(wǎng)格（結(jié)構(gòu)構(gòu)件）算例，請定義橫梁。
7、對于混合的網(wǎng)格算例，請定義外殼和實(shí)體。
8、定義全局、零部件和局部接觸設(shè)定。您也可以使用查找相觸面組功能查找接觸面。
9、網(wǎng)格化模型，以便將模型劃分為許多稱作單元的小塊。疲勞算例和優(yōu)化算例使用參考算例中的網(wǎng)格。
10、如果需要，可以定義多達(dá) 100 個設(shè)計(jì)情形。
11、運(yùn)行算例或設(shè)計(jì)情形。
12、查看結(jié)果。
下面以頭軸為例來描述在螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)過程中的有限元分析（靜態(tài)）過程：
1、 定義算例類型為靜態(tài)
2、 定義材料屬性為普通碳鋼
3、 定義約束類型為固定，部位如軸承對它的約束
4、 劃分網(wǎng)格
5、 定義輸入扭矩和反作用扭矩為872.233N?m
6、 單擊運(yùn)行按鈕讓其進(jìn)行分析
分析結(jié)果如下：
圖6-1有限元靜態(tài)分析結(jié)果應(yīng)力圖
圖6-2有限元靜態(tài)分析結(jié)果應(yīng)變圖
為了更加清楚地看到各點(diǎn)應(yīng)力變化情況，我們使用軟件中的探測功能對頭軸取點(diǎn)如下圖：
圖6-3對頭軸取點(diǎn)探測
其結(jié)果如下：
圖6-4對頭軸取點(diǎn)探測結(jié)果
從上圖可以看出，在軸上各點(diǎn)處的應(yīng)力基本一樣，而在螺栓孔處和靠近軸肩處應(yīng)力變得較大，這是應(yīng)力集中的結(jié)果。通過應(yīng)力圖6-1可知，從軸的有鍵槽端到有螺栓孔端的應(yīng)力基本是呈直線增大趨勢，有鍵槽端最小，有螺栓孔端最大；通過應(yīng)變圖6-2可知，從軸的有螺栓孔端到軸中間，應(yīng)變逐漸變小，在軸肩處達(dá)到最大，從軸肩再到有鍵槽端應(yīng)變又逐漸變小。
7 結(jié)論
通過前期對畢業(yè)課題的研究與分析，使我對LS螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、制造等有了新的認(rèn)識。也通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，親手設(shè)計(jì)了一款螺旋輸送機(jī)。在遵守前人的經(jīng)驗(yàn)理論和保證其基本功能，現(xiàn)有的技術(shù)手段的同時，本設(shè)計(jì)在局部地方稍做了一定的修改。畢業(yè)設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)書的要求。
為期三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近尾聲，回顧整個畢設(shè)過程，我覺得受益匪淺。在對LS400水平螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，理論與實(shí)際相結(jié)合，加深了理論知識的理解，實(shí)現(xiàn)了理論在實(shí)際上的應(yīng)用。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對以前學(xué)到的專業(yè)知識做進(jìn)一步的系統(tǒng)的復(fù)習(xí)和總結(jié)，比如加深了我對軸類零件的設(shè)計(jì)和軸承、電機(jī)等零部件選用方法的了解，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也是對自己的工作和學(xué)習(xí)能力的檢驗(yàn)。在設(shè)計(jì)的過程中自己充分感受到了實(shí)際工作中的艱辛，但與此同時，也獲益良多，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅使自己鞏固了以前所學(xué)的知識，也使自己開闊了視野，接觸到了更為豐富的理論知識，也使自己敢于、樂于與鉆研更高深的知識，為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在這次設(shè)計(jì)中，使我對自己的能力有了更好的了解。重要是在這次設(shè)計(jì)中，鍛煉了本人的毅力、恒心，進(jìn)一步地端正了自己的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度，使我意識到，只有具有了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和虛心的精神才能在學(xué)術(shù)上更上一層樓。
在設(shè)計(jì)中本人認(rèn)真復(fù)習(xí)了有關(guān)的專業(yè)知識，螺旋輸送機(jī)是自己原先在課堂上從未接觸的，因此向封立耀指導(dǎo)老師詢問和自己查找了許多相關(guān)資料。設(shè)計(jì)過程中本人曾經(jīng)多次遇到疑難問題，但在封老師的認(rèn)真指導(dǎo)和啟發(fā)下，都一一得到了解決，使我能順利地、準(zhǔn)時完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)的產(chǎn)品需要通過使用來對其設(shè)計(jì)思路、產(chǎn)品質(zhì)量來進(jìn)行檢測。當(dāng)然，作為設(shè)計(jì)者我認(rèn)為在以下幾個方面有待改進(jìn)：1、LS型螺旋機(jī)現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)尺寸版本較多，應(yīng)進(jìn)一步統(tǒng)一與完善。例如同一機(jī)型除主要性能參數(shù)外，應(yīng)從用戶使用出發(fā)，對機(jī)殼、葉片、頭尾軸承型號及金屬板厚度作出限制和規(guī)范，提高機(jī)組使用壽命；2、通過一定的措施，取消中間懸掛軸承，以避免中間懸掛軸承處出現(xiàn)的物料堆積現(xiàn)象，從而提高輸送能力；3、應(yīng)根據(jù)輸送不同物料來配置螺旋葉片材料和相應(yīng)熱處理工藝規(guī)范，克服葉片磨損問題，現(xiàn)行LS型螺旋葉片普遍采用的Q235鋼板不能滿足多種輸送材料的要求。由于本人能力限制，設(shè)計(jì)中難免有許多不足之處，希望各位老師同學(xué)予以批評指正。
8 參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
【1】孫桓等.機(jī)械原理.高等教育出版社，2001
【2】濮良貴等.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社，2001
【3】《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊》編委會.運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊.化學(xué)工業(yè)出版社，1999
【4】李啟炎．Solidworks 2003三維設(shè)計(jì)教程．機(jī)械工業(yè)出版社，2003
【5】徐灝等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社，1995
【6】Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.New York:McGraw-Hill Book Company,1980
9 致謝
致謝
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，從選題，方案論證，到課題的分析以及論文撰寫都是在封立耀老師的悉心指導(dǎo)下完成的。封立耀老師常常在百忙之中抽出時間耐心細(xì)致地指導(dǎo)；對我遇到的許多問題不厭其煩的進(jìn)行講解，和我們在一起解答我們的問題，直至我們弄