无砟轨道混凝土浇筑机螺旋输送器的设计.pdf

无砟轨道混凝土浇筑机螺旋输送器的设计 汪西应张建超马冰玉 石家庄铁道学院机械工程分院 石 家庄0 5 0 0 4 3 摘要：对客运专线混凝土浇筑机中的大倾角螺旋输送器的结构进行了研究和设计 ，对主要参数进行了计 算，通过有限元计算和试验对设计和计算进行了验证 ，结果表明螺旋输送器在大倾角下输送混凝土是有效的， 设计是合理的。 关键词：客运专线；混凝土浇筑机；螺旋输送器；设计 中图分类号：T H 2 2 4 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 1 — 0 7 8 5( 2 0 1 0 )0 8—0 0 1 0— 0 3 Ab s t r a c t ：T h r o u g h t h e s t u d y a n d d e s i g n f o r t h e s t r u c t u r e o f t h e l a r g e a n g l e s c r e w c o n v e y e r i n t h e c o n c r e t e p o u ti n g ma c h i n e f o r p a s s e n g e r d e d i c a t e d l i n e s ，ma i n p a r a me t e r s a r e c a l c u l a t e d ，a n d t h e d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n s a r e v e r i fi e d t h r o u g h fi n i t e e l e me n t c a l c u l a t i o n a n d t e s t ．T h e r e s u h s i n d i c a t e t h a t t h e c o n v e y i n g o f c o n c r e t e b y t h e s c r e w c o n v e y e r u n d e r l a r g e a n - s l e i s e ffe c t i v e，a n d t he d e s i g n i s r e a s o na bl e． Ke y wo r d s：p a s s e n g e r d e d i c a t e d l i n e；c o n c r e t e p o u r i n g ma c h i n e；s c r e w c o n v e y e r ；d e s i gn 目前我 国建设 中的高速铁路和客运专线多采 用无砟轨 道技术 ，其道床 的结构形式 分为板式和 双块式 2种。武广 ( 武汉一广州 )客 运专线 的道 床板的设计是双块式无砟轨道结构，采用工具轨 法施工技 术。其大致施工过程是首先 将在轨枕厂 生产和检验合格后 的轨 枕通过散枕机均匀准确地 布置在施工 线路的基础上 ，然后将工 具轨 固定在 轨枕上 ，同时将纵 向和横 向模板用螺 杆调节器和 横向拉条 固定 ，接着通过粗调机 和精 调机将轨排 的位 置调 整 到线 路设 计 要 求 ，最后 通 过 浇筑 机 ( 见图 1 )将罐车运送来的混凝土和双块式轨枕浇 筑成整体道床板 。要完 成混凝土 的浇筑 任务 ，接 料和送料 是必须 的功能环节 ，且接料 和送料机构 的设计会直接影 响到整 个混凝土浇筑机 的工作性 能和工作 效率 。螺旋 输送器 具有 结构 简单 紧凑 ， 可在线路 的任一点装卸料 ，输送过程可进行混凝 土的混合搅拌 ，适宜于短距离小颗粒物料 的水平 、 垂直或倾 斜输送等特点 ，因此 ，在 混凝土浇筑机 的设计 中选择螺旋输送器作为接料和送料机构 。 1 螺旋输送器结构设计 浇筑机按照边接料送料边 浇筑 的施工工艺施 工 ，工作时需要将螺旋输 送器从图 1所示 的非工 作状态转动到 与施工方 向垂 直的工作状态 铁路 线的设计有 曲线段 ，里外侧有 高度差 ，混凝 土罐 一 1 0 一 车在便道或在 I线供 料时出料 口和螺旋输送器 的 接料 口相 应也存在高差 ，要求螺旋输 送器在较大 倾斜状态下工作，因此，螺旋输送器的结构设计 包括螺旋 、料槽 、轴承 、接料 口、密封等基本 结 构外 ，还应设计水平 回转结构、垂 直调整结构和 安全保护及配重等 。 图 1 混凝土浇筑机 1 ．驾驶室2 ．布料器3 ．水平回转台4 ．垂直 旋转液压缸5 ．z形支架6 ．螺旋输送器 7 ．主车架8 ．水箱9 ．主车行走装置 2 参数计算 2 ． 1 螺 旋直 径 根据线路施工 工艺要求 和施工进 度安排 ，确 定螺旋输送器的生产率为 5 0 m ／ h ，螺旋的直径为 厂—7广 5 7 9 √ K o rt ，＼／ l∥ n ， 式中p ——输送机的生产率 ，t ／ h —— 料槽的填充系数 ，取 0 ． 2 5 《 起重运输机械》 2 0 1 0( 8 ) —— 倾斜向上输送 时 对输送 量 的影响 系 数 ，由经验公式 。 =1—0 ． o 2 ／ 3 求得 ， 其 中 为输送器 的水平倾角 ，一般 JB ≤ 2 0。 —— 螺旋螺距与直径之 比，对于倾斜布置 的输送器 ，输送磨磋性 的物料时，取 k 2=0 ． 8 p ——被输送物料 的堆积密度 ，k g ／ m n ——螺旋转速 ，r ／ m i n —— 重力加速度 ，9 ． 8 m ／ s 初步确定混凝土的堆积密度为 2 ． 0 t ／ m ，倾角 =3 4 。 ，螺旋转速为 8 5 r ／ r ai n ，计算得 D：5 2 6 ． 1 m m，将其 圆整为标准螺旋直径 5 0 0 m m。 2 ． 2 螺旋转速的验算 当输送器 的螺旋转速 超过一定值 时 ，输送 的 物料颗粒便开始在径 向产生跳跃 ，从而对输送 过 程产生不利 的影 响，因此 ，设计 时一般采用经 验 公式计算最大许用转速。 n m a x 式 中D——螺旋直径 ，m —— 经验系数 ，根据物料的类 型和特性取 A =6 0 计算得螺旋 的最大转速 n ⋯ =8 4 ． 9 r ／ m i n ，实 际设计的螺旋轴 电机采用 变频 调速 电机 ，能够控 制最大转速 ，并根据实际混凝土 的配比调整速度 ， 保证不发生径 向跳跃的现象 。 2 ． 3驱动功率 螺旋输送器 的驱动功率用来 克服物料输 送过 程中的各种阻力所消耗的能量 P 和 P 。P 包括提 升物料所需的能量 、克服料槽壁和螺旋面的摩擦所 需的能量和物料颗粒相互问的摩擦所消耗的能量。 k o k 】 Q( H+ 1 ) —■ 式 中 。 ——考虑物料 内部各颗粒间的摩擦及搅拌 所引起 阻力 增 加 的修 正 系数 ，k = 1 ． 4 k ——与填充系数有关 的系数 ，k = 0 ． 9 日 ——被输送物料 的提升高度 ，H=3 ． 7 4 13 3 —— 输送器水平投影长度 ，L= 4 ． 7 1 T I ，——物料对料槽的摩擦系数 ， =0 ． 4 5 叼 ——螺旋效率 ，叼= 0 ． 3 3 7 《 起重运输机械》 2 0 1 0( 8 ) 计算得 P = 6 ． 2 6 k W。 P ， 指 由于物料沿料槽运动造成在推 力轴承处 的摩擦所 引起的能量消耗 。 P ： = ／ d ,2 [ 。 q ( H+ ) +G 0 s i ] 式 中 ——推力轴承的摩擦系数 ， = 0 ． 2 q ——输送器单位长度 的载荷 G ——输送器同转部分的重力 口 ——输送器 的水平倾 角 d ——止推轴承的平均直径 n ——螺旋的转数 计算得 P ， = 4 ． 4 5 k W。克服上述所有阻力所需 的电动机总功率为 J p： ：l 1 ． 9 k W J p=— —_二 =l 1 ． 叼 选择 的变 频 电机 的功 率 ：1 8 ． 5 k W，额定 电 压 ：3 8 0 V，额定电流 ：3 7 A，减速器最大输 出扭 矩 ：2 4 3 8 N m。 3 螺旋轴 有限元计算 螺旋一般是通 过 中间轴承 、首端轴 承 和末 端 轴承安装 在料槽上 的。存混凝土浇 筑机 的螺旋 输 送器 的设 计 中为 防止 物料在 中间堵 塞 ，不设 置 中 间轴承 ；为 了保证螺旋 和料槽之 间 1 0 1 T i m的较小 间隙，需要螺旋 轴有较大 的刚度 ；为了保证较 高 的输送效率 ，螺旋轴的直径需设计得小些。因此 ， 需 要对螺旋 轴 的强度和刚度进行精确 的校核计算 以保证上述 的简支 、小 间隙和小直径 的要求。由 于混凝 土浇筑机螺旋输送器都是在倾斜状态下工 作 ，计算模型不易简化 ，故采用 MA D A S有限元软 件对其 进 行建 模 和 计算 。 由螺 旋 轴 的 变形 云 图 ( 略)知最大变形量 为 4 ． 1 mm，小 于螺旋和料槽 之问的设计 间隙 ，满足要求 。 4试验 上述的参 数计算 和螺 旋轴计算是 建立在 经验 公式和统计数据 的基础 上 的，对各公 式 的计算 结 果需要通过试验进行验 证和测量。为此将装 配完 毕的螺旋输送器做相应 的支撑架并借助 桥式起 重 机改变螺旋输送器 的倾 斜角度 ，模拟 混凝土浇 筑 机施_T时螺 旋输送器 的各 种_丁况。输送 对象选择 一 般粘性 的砂土和现场施 工 中浇筑 的混 凝土 ，测 一 】 1 一 量电动机正常工作 和负载启 动工况下的工作 电流、 螺旋 输送 器 的填 充 率 和输 送 时 间，测 试数 据 见 表 1 。 表 1 试验测试的电流、输送时间和填充厚度 电机工作 电机带载 输送 平均填充 物料 电流／ A 启动电流／ A 时间／ s 厚度／ mm 砂土 2 3 ． 6 1 1 5 1 2 2 ． 6 混凝 土 2 5 2 7 9 0 1 0 1 ． 4 在最 大倾 角状态下工作 ，螺旋输送 器 电动机 的电流为 2 5 A，输送混凝土生产率为 4 0 m ／ h ( 非 最大转速 ) ，螺旋填充率 0 ． 2 1 1 。 5 结论 ( 1 )依据试 验结果 可知电动机理论功率计算 值偏小，选择电机时保留充裕的功率值是有必要 的，这也说 明功率计算公式 中的摩擦 系数、倾 角 等参数的取值还需更多的统计数据。 ( 2 )由于螺旋输送器 的倾角 比常规 的大，通 过对 试 验 数 据 的分 析 可 知 其 填 充 率 能 达 到 约 0 ． 2 1 1 ，因此浇筑机设计参数确定时 ，在保证输送 生产率 的前提下 ，需加 大输送功率。同时也说明 螺旋输送方式在 大倾 角工况下输送混凝土是可行 的，只是输送效率有所降低 。 ( 3 )通过试验观察和测量可知螺旋 的设计转 速比较合理，没有出现物料颗粒径向跳跃的现象； 螺旋轴的刚度设计比较合理，计算较准确，未出 现螺旋与壳体在中部直接接触的现象。 参考文献 [ 1 ]何 华武 ．无 碴轨 道 技术 [ M] ．北 京 ：中 国铁 道 出版 社 ，2 0 0 5 ． [ 2 ]胡宗武 ． 非标准机械设备设计手册[ M] ．北京：机械 工业出版社 ，2 0 0 2 ． [ 3 ]洪致育 ．连续输送机 [ M] ．北京 ：机械工业 出版 社 ．1 9 8 2 ． [ 4 ]赵宽明 ．螺旋输送器功率计算方法探讨 [ J ] ．炭黑工 业 ，1 9 9 3 ( 4 ) ：6—8 ． 作 者 ：汪西应 地 址：石家庄市北二环东路 1 7号石家庄铁道学院机械 工程分院 邮 编 ：0 5 0 0 4 3 收稿日期：2 0 0 9—1 2— 0 9 涂装输送系统吊具返回线转台横梁的设计 水 黄 新 明 黄石理工学院 周 华祥 黄 石4 3 5 0 0 3 摘要：介绍基于 A n s y s 的转台主结构横梁的设计计算方法，实践证明，该方法可以缩短设计周期，保证设 计质量，并有效降低设计、试制以及生产成本，特别适用于常规方法难以计算的复杂结构横梁的设计。 关键词： 涂装输送系统； 转台；主结构横梁；有限元分析；A n s y s 中图分类 号 ：T H 2 2 6 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 1 — 0 7 8 5 ( 2 0 1 0 )0 8— 0 0 1 2— 0 4 Ab s t r a c t ： T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e A n s y s — b a s e d d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n me t h o d s f o r ma i n s t r u c t u r e b e a m o f t u mt a - ． b l e ．a n d t h e p r a c t i c e s s h o w t h a t t h i s me t h o d c a n h e l p s h o r t e n t h e d e s i g n c y c l e ，e n s u r e t h e d e s i g n q u a l i t y ，r e d u c e t h e d e s i gn ．t r i a l ma n u f a c t u r e a n d p r o d u c t i o n c o s t s ，a n d i s e s p e c i all y a p p l i c a b l e t o t h e d e s i gn o f t h e b e a m wi t h c o mp l i c a t e d s t r u c ’ t u r e w h i c h i s d i f fi c u l t t o b e c a l c u l a t e d wi t h c o n v e n t i o n al me t h o d s ． Ke y wo r d s ： c o a t i n g c o n v e y i n g s y s t e m ；t u r n t a b l e；ma i n s t ruc t u r e b e a m ；fi n i t e e l e me n t a n aly s i s ；A n s y s 言 呈 喜 蠢 耋 兰 转台是大客车涂装 自动输送系统中，吊具在 个直角拐弯处的9 0 。 回转变轨机构，见图 1 。平台 本文 由黄石理工学院省级重点学科 “ 机械 电子工程” 支持。 一 1 2 一 《 起重运输机械》 2 0 1 0 l 8 )