變徑變螺距螺旋分料器的設(shè)計方法

變徑變螺距螺旋分料器的設(shè)計方法

瀝青路面壓縮度不足，均勻性差的主要原因是，在交替鋪設(shè)瀝青路面時，瀝青路面的溫度分析和骨料分析。骨料分離主要由支撐機的螺釘分離裝置組成。根據(jù)力學，可以認為螺釘分離裝置中的混合材料是一種具有高粘度和抗張力的液體。在旋轉(zhuǎn)至強化廠的過程中，混合材料的流動主要有兩種。其中之一是混合材料沿布的方向流動的，當混合材料的流動速度小于一定的臨界速度時（該速度可以理解為打破混合材料之間最大的靜摩擦力要求的速度），此時，混合材料的流動是層流?；旌喜牧系母骷壟涔橇舷鄬^慢，沿著布料的方向運動，沒有破壞原有的配置，也沒有分離骨料。另一種是，當混合材料的流動速度超過該邊界速度時，因為混合材料的各級配骨材料沿布料槽運動，且材料之間也會相對運動。由于每個料的重量和重量的不同，它們在不同方向上旋轉(zhuǎn)，因此它們的方向上沒有規(guī)則移動，因此從骨料的分離中收集。在這種情況下，需要研究如何最大限度地減少混合材料的浪費。此外，合理的分配機的螺旋分配機只能同時使用層壓，以提高初始期生產(chǎn)的材料的離析，滿足不同部分的材料要求，使平整度得到保證。這就要求合理的分配機的螺旋分配機應具備良好的原材料攪拌能力，以最大限度地降低原材料的混合。此外，合理的支撐機螺旋分配機應具備良好的原材料攪拌能力，以提高初始過程中產(chǎn)生的材料的離析，滿足支撐臂寬度上不同部分所需的材料量，從而確保平整度。這所要求的是，一種要求的類型不同的螺距和直徑。研究表明，螺旋分配器的螺徑和螺距的顆粒直徑對混合材料的均勻性有很大的影響，即螺旋葉片的高度和長度之間的差值沒有太大。如果沒有，混合材料的離析將加劇。顯然，許多使用的螺旋分配器都不能滿足上述要求，因此有必要研究可變直徑和螺旋距離的螺旋分料器對混合材料的抗離析。1螺旋擠出機的動態(tài)分析1.1基本粒子fr通過螺旋面母線為直線的螺旋分料器在布料過程中對混合料的作用力來分析變徑變螺距螺旋分料器對于降低混合料離析的作用.混合料在螺旋分料器中的受力如圖1所示.如圖1所示,取距螺旋軸距離為r的物料A為受力體,當螺旋面旋轉(zhuǎn)時對它所施加的力F可分解為圓周方向的Fr和軸向的Fz,β為螺旋升角,φ為外摩擦角,由混合料對螺旋面的摩擦引起.各力大小見下式:.{Fz=Fcos(β+φ)Fr=Fsin(β+φ)β=arctanΡ2πr(1)???????Fz=Fcos(β+φ)Fr=Fsin(β+φ)β=arctanP2πr(1)式中:Fz為螺旋面對混合料的軸向力;F為螺旋面對混合料的作用力;φ為混合料與螺旋葉片間的外摩擦角;Fr為螺旋面對混合料的周向力;P為螺旋葉片間距(螺距).由式(1)可以看出,由于螺旋面母線為直線的螺旋面上各點的螺距相同,受力體距螺旋軸的距離越小,螺旋升角就越大.當0<β+φ<π20<β+φ<π2時,隨著受力體與螺旋軸的距離增大,軸向力對受力體的作用力增大而切向力對受力體的作用力減小.當受力體距螺旋軸越近,切向力增大到一定程度時,受力體的摩擦力及自重無法與之平衡,此時受力體開始隨螺旋軸翻滾.當受力體離螺旋軸越遠時,其所受切向力減小而軸向力增大,此時受力體在扭轉(zhuǎn)到一定角度后就與切向力平衡,在軸向作用下沿布料槽做軸向運動.布料槽中將出現(xiàn)靠近螺旋軸的混合料發(fā)生紊流,而遠離螺旋軸的混合料發(fā)生層流.而變徑變螺距螺旋分料器螺旋面上各點隨著半徑的增大,螺距也在增大,螺旋升角的變化并不隨半徑的變化而明顯變化,這樣在半徑減小時,混合料所受切向力增大并不明顯,物料不易隨螺旋軸發(fā)生翻滾,降低了混合料發(fā)生紊流的可能性,使得其原有的均勻性得到較好的保留.1.2瀝青混合料間內(nèi)摩擦角公式攤鋪機在施工過程中停機不可避免,而起停機會引起攤鋪機的工作速度發(fā)生變化,這樣螺旋分料器在布料過程中需要調(diào)整布料槽中料位的高度和布料速度,就要對螺旋分料器的轉(zhuǎn)速進行改變,從而導致布料槽中混合料流動速度發(fā)生改變,使其產(chǎn)生加速度.當攤鋪機工作速度發(fā)生變化時,混合料速度從v0變?yōu)関t,產(chǎn)生一定的加速度a,由下式表示:vt=v0+at(2)vt=v0+at(2)式中:v0為混合料的初始速度;vt為變化后的混合料速度;a為混合料的加速度.再由慣性定理得F=maF=ma式中:F為慣性力;m為混合料粒料的質(zhì)量.由以上分析可以看出,瀝青混合料粒料的質(zhì)量越大,產(chǎn)生的慣性力就越大,慣性力使得粗骨料與細骨料間產(chǎn)生相對運動,破壞了原有混合料級配,使得混合料產(chǎn)生了離析,最終影響路面的攤鋪質(zhì)量.另外,由流體力學知,阻礙流體內(nèi)部產(chǎn)生相對運動的力為流體內(nèi)部摩擦力,由庫倫定理得τ=c+σtanα(3)τ=c+σtanα(3)式中:τ為瀝青混合料的抗剪強度,MPa;c為流體的粘結(jié)力,N,此時流體為瀝青混合料;σ為正應力,MPa;α為瀝青混合料的內(nèi)摩擦角,rad.f1=τS1(4)f1=τS1(4)式中:f1為混合料間的內(nèi)摩擦力,N;S1為混合料粒料的接觸面積.當F≤f1時,即a≤f1ma≤f1m,瀝青混合料將保持原有的級配,不發(fā)生離析.當F>f1時,即a>f1ma>f1m,瀝青混合料粒料間將打破原有的運動平衡,產(chǎn)生相對運動,導致混合料產(chǎn)生離析.由以上得出,保持攤鋪機工作的恒速性非常重要,在螺旋分料器工作過程中,在對料位和分料速度調(diào)節(jié)時要緩慢調(diào)節(jié),以減少混合料的離析.1.3不同粒徑鐵砂材料的流變學特性分料過程中的混合料摩擦阻力由兩部分組成,一部分為混合料內(nèi)部相互運動而產(chǎn)生的摩擦阻力,即內(nèi)摩擦力,見式(4);另一部分是混合料與螺旋葉片間的摩擦阻力,即外摩擦力:f2=f1sinβ+fcAg(5)f2=f1sinβ+fcAg(5)式中:fc為混合料的黏聚力,N;A為摩擦面積,m2,A=πl(wèi)(D2-d2)4(Ρ+δ),lm2,A=πl(wèi)(D2?d2)4(P+δ),l為輸料長度,m,D為螺旋葉片直徑,m,d為螺旋軸直徑,m,δ為螺旋葉片厚度,m;g為重力加速度.由以上分析得出,瀝青混合料在同等布料條件下,大粒徑骨料所對應的摩擦面積比小粒徑的大,所受的內(nèi)外摩擦力就大;而且,大粒徑骨料的質(zhì)量大于小粒徑的,其所受重力同樣大于小粒徑的,所以在圓周方向大粒徑骨料所受合力比小粒徑的小.如果螺旋軸轉(zhuǎn)速提高,混合料本身又不均勻,大粒徑骨料會比小粒徑的更容易在軸向力的作用下向兩端移動,被送往螺旋外側(cè),攤鋪寬度越大,橫向離析越嚴重.為避免這一問題出現(xiàn),建議采用梯形搭接攤鋪方式以降低攤鋪寬度.另外,螺旋軸轉(zhuǎn)速太高,也會使大骨料在外層,小骨料在里層,造成豎向離析.因此,應采用滿埋低速攤鋪,這樣可以防止橫、豎向離析.另外,文獻通過對混合料在螺旋分料器中的速度分析,認為混合料軸向速度隨半徑的增大而增大,圓周速度隨半徑的增大是個有極點的變化曲線.由于混合料圓周速度越大,翻滾就越激烈,會導致良好均勻性的混合料產(chǎn)生離析,所以增大螺旋葉片的半徑,并適當降低轉(zhuǎn)速既可以提高螺旋分料器的布料效率,又可以改善混合料的均勻性.2螺旋分料器尺寸由于攤鋪機是將粗細不同的多種骨料、礦粉、瀝青等材料按一定的比例級配并均勻混合而成,在攤鋪過程中,螺旋分料器在分輸料過程中一邊卸料一邊輸料,最終將物料均勻地布送于熨平板的整個寬度上,分料器中部所承擔的輸送工作量要遠大于兩端.實際攤鋪中,經(jīng)常見到分料器中部料堆高于兩邊料堆,分料器中部所受阻力較大,葉片與料、料與料之間的相互作用力也是中間大于兩端,這樣會使輸料不均勻,整個料槽中的混合料密度中間段遠大于兩邊.另外,通過前面對螺旋分料器動力學分析,常用螺旋分料器在布料過程中,由于整個分料器葉片直徑和螺距相等,混合料有規(guī)律的運動會使混合料粗細分離,從而導致攤鋪路面密實度不均勻和材料離析,壓實后導致路面平整度的下降.因此,不同位置的螺旋應有不同的輸料能力,螺旋分料器必須具有不同的葉片直徑和螺距.為保證混合料在螺旋分料器布料槽中全面流動,每個螺距的體積應等于包括本螺距在內(nèi)的后面多個螺距上的下料量之和:{V1=S2n∑k=1Ρk=S2L?Vn-2=S2(Ρn+Ρn-1+Ρn-2)Vn-1=S2(Ρn+Ρn-1)Vn=S2Ρn(6)?????????????????????????V1=S2∑k=1nPk=S2L?Vn?2=S2(Pn+Pn?1+Pn?2)Vn?1=S2(Pn+Pn?1)Vn=S2Pn(6)式中:Pk為第k個螺旋的螺距,m;L為螺旋分料器總長,m;S2為單位長度每轉(zhuǎn)下料體積,m3,由下式?jīng)Q定:S2=Q×10960nρkdL(7)S2=Q×10960nρkdL(7)式中:Q為生產(chǎn)率,kg·h-1;n為螺旋軸的工作轉(zhuǎn)速,r·min-1;ρ為物料密度,kg·m-3;kd為物料的填充系數(shù).3螺旋分料器葉片與螺距的幾何尺寸變徑變螺距螺旋分料器的幾何尺寸與混合料流動之間存在著某種復雜的關(guān)系,要從這個復雜關(guān)系中求出螺旋分料器的幾何尺寸是比較困難的.但是在實際應用中,螺旋分料器的長度與螺旋軸的半徑是已知的,根據(jù)設(shè)計要求已知螺旋葉片或螺距的變化規(guī)律,則可采用下面的方法來確定螺旋分料器的葉片與螺距尺寸.3.1計算最小半徑3r2n首先,最小葉片半徑必須要大于螺旋軸的半徑,變徑變螺距螺旋分料器最小葉片在兩邊,設(shè)半徑為Rn,由式(6)有n∑k=1Vk=S2L+S2(Ρn+Ρn-1+Ρn-2)+S2(Ρn+Ρn-1)+S2Ρn(8)∑k=1nVk=S2L+S2(Pn+Pn?1+Pn?2)+S2(Pn+Pn?1)+S2Pn(8)對于第k個螺距,其體積為Vk=π∫ΡkΡk+1[(Rk+Ρtanβ)2-r2]dΡ(9)Vk=π∫PkPk+1[(Rk+Ptanβ)2?r2]dP(9)式中:r為螺旋軸半徑,m.由式(8),(9)得S2L+S2(Ρn+Ρn-1+Ρn-2)+S2(Ρn+Ρn-1)+S2Ρn=π∫Ρn0[(Rn+Ρtanβ)2-r2]dΡ+?+π∫Ρ1Ρ2[(R1+Ρtanβ)2-r2]dΡ(10)S2L+S2(Pn+Pn?1+Pn?2)+S2(Pn+Pn?1)+S2Pn=π∫Pn0[(Rn+Ptanβ)2?r2]dP+?+π∫P1P2[(R1+Ptanβ)2?r2]dP(10)將式(7)代入式(10)中,并對兩邊的P同時取極限,當P趨于無窮小時,Rk趨于Rn,化簡后得S2L=π3L(3R2n-3r2)(11)S2L=π3L(3R2n?3r2)(11)解得最小半徑為Rn=√S2/π+r2.3.2螺距間系數(shù)t設(shè)變徑變螺距螺旋分料器的螺旋線方程為等角圓錐螺旋線,則其參數(shù)方程為{x=cexp(lkt)cos2ty=cexp(lkt)sintz=bexp(lkt)(12)式中:c=asinγ,a為常數(shù),γ為圓錐頂半角;b=acosγ;lk是螺距間的系數(shù),不同螺距間系數(shù)不同;t=2kπ,k為螺距的序列號.由式(12)可得,螺旋線的半徑為R=√x2+y2=cexp(lkt)(13)螺旋線的第k個螺距為Ρk=zk-zk+1=b[exp(2kπl(wèi)k)-exp(2(k+1)πl(wèi)k)](14)4大半徑螺旋分料器螺旋分料器在布料過程中,混合料所受切向力對其離析影響較大,混合料所受