螺旋输送机在卷烟机中的应用

周诗伟



螺旋输送机在卷烟机中的应用

周诗伟

(常德烟草机械有限责任公司, 湖南 常德, 415000)

为了得出在卷烟机回丝系统中应用螺旋输送机机构的相关设计参数, 对螺旋输送机的原理进行了分析. 通过理论分析和计算得到了相关设计参数, 并研究了各参数对输送效率的影响.

螺旋输送机; 卷烟机; 回丝系统

由于卷烟制造企业对卷烟设备维护保养的重视程度不断提高, 企业对卷烟机的性能要求也在不断提升. 目前卷烟机中的回丝系统多数采用了皮带输送的方式, 但皮带输送方式存在维护保养时间间隔短、漏灰及皮带易损耗等缺点, 如果采用螺旋输送机机构就可以完全克服该输送方式的缺点. 卷烟机回丝系统的设计中引入螺旋输送机机构后, 可有效地减少卷烟机维护保养的工作量和损耗件的消耗, 使卷烟机性能得到一定的提升. 目前, 螺旋输送机机构已在新型卷烟机中得到了应用.

1 螺旋输送机的工作原理

螺旋输送机是一种常用的没有挠性牵引构件的连续输送机械, 它可有效提高生产效率和机械的自动化程度. 螺旋输送机因其结构简单, 密封性能好, 操作安全、方便及成本低等优点, 已经广泛应用于各个行业[1].

螺旋输送机的结构如图1所示. 它由一根带有螺旋叶片的旋转轴和料槽组成, 料槽上下端各开有进料口和出料口. 物料从进料口进入料槽内, 当转动轴带动螺旋叶片转动时, 螺旋叶片对物料产生的推力, 使物料在料槽内沿轴向移动, 把物料输送至出料口.

螺旋输送机在输送物料的过程中, 由于受螺旋叶片旋转运动的影响, 物料的运动不是单纯的沿轴向的直线运动, 而是沿螺旋轴作复杂空间运动. 因此, 需要对螺旋输送机输送的物料进行运动分析, 来了解螺旋输送机的工作原理和特性. 下面以距离螺旋轴为的任意一个质点(物料颗粒)为对象, 进行物料的运动分析.

1进料口; 2料槽; 3螺旋轴; 4出料口.

图2 物料受力分析

首先, 对物料的受力(图2)进行分析, 物料所受合力合的方向与螺旋面的法线偏离了角, 它可以分解为切向分力切和法向分力法.的大小由物料对螺旋面的摩擦角及螺旋面表面的粗糙程度决定. 对于一般冲压而成或加工较好的螺旋面, 可不考虑螺旋表面粗糙程度的影响, 可取=.

物料在合力合的作用下, 会沿料槽作复杂的空间运动, 对其运动的分析见图3.从图3可以看出,物料的运动速度合由螺旋轴的切向速度切和轴向速度轴向合成. 若螺旋轴转速为, 则速度轴向和切的计算公式如下[2]:

式中:为物料与螺旋面的摩擦系数;= tan;为螺旋叶片螺距(m).

由(1)式知, 在螺旋轴转速一定的情况下, 可适当调整螺距来获得到一个理想的物料输送速度.

图3 物料运动速度分析

2 卷烟机的回丝系统

当今卷烟机的烟支重量控制系统都是采用负压吸丝成型原理与平准器装置技术相结合的方式. 在卷烟机设计的工艺流程中, 通过负压吸丝形成的烟丝束在经过平准器之前, 烟丝量是大于实际烟支所需的烟丝量的, 一般会比正常卷烟需求多30%～50%. 所以当烟丝流到达供料成条机前端负压烟丝通道形成烟丝束后, 需要通过平准器对其进行修剪, 修剪后的烟丝束才能满足卷烟机的要求. 而被平准器修剪下来的烟丝需要被再次送回到机器后部的储料区内重复利用, 因此在卷烟机中设计有一套专门的烟丝回收系统, 对多余烟丝进行收集并回送至机器后部的储料区内. PROTOS-M5型卷接机组的螺旋回丝系统主要由主回丝、副回丝和落丝3部分组成(图4).

1-落丝部分; 2-主回丝; 3-平准器; 4-副回丝.

3 卷烟机回丝系统中的螺旋输送机机构的参数确定

螺旋输送机的基本设计依据是物料特性、输送能力和输送距离, 设计时需要根据这些基本依据来选择和确定螺旋输送机机构的螺旋叶片直径及螺距、螺旋轴转速和电动机功率等.

3.1 输送量与螺旋叶片直径

螺旋叶片直径是螺旋输送机设计的重要参数, 它直接关系到输送量和结构尺寸, 通常输送量可用下面公式计算:

＝3600λKV轴向(π(+2)2-π2)/4, (3)

式中:—螺旋输送机的输送量(t/h);—物料容重(t/m3);K—倾斜输送系数;—物料填充系数;—螺旋叶片直径(m);—螺旋叶片外径与料槽之间的间隙(m);—螺旋轴直径(m).

一般螺旋轴与螺旋叶片直径相差较大, 在计算时可以不考虑螺旋轴直径及叶片与料槽间隙的影响, 所以, 可以得出:

在实际计算中, 通常会把物料沿螺旋轴方向的移动速度理想化, 因此, 可以把式(1)简化为:

轴向≈/60. (5)

然后把式(5)代入式(4)中可得:

3.2 倾斜角度

通常把水平或微倾斜固定式的螺旋输送机都称为水平螺旋输送机. 它是应用最广泛的一种输送机, 它的倾角一般不大于20°. 螺旋输送机的倾斜角度对倾斜输送系数的影响见表1[3].

表1 倾斜输送系数

3.3 螺旋叶片螺距

螺旋叶片螺距决定着螺旋面的升角, 会直接影响物料的输送, 一般情况下, 螺旋叶片螺距可以根据如下经验公式计算:

=1, (7)

式中1为螺旋叶片螺距与直径的比值. 当装置水平布置时,1在0.8～1之间; 当装置倾斜布置或流动性较差时,1≤0.8.

3.4 螺旋轴转速

螺旋轴转速对输送量的影响较大, 一般转速越大输送量也越大, 但随着转速的提高, 物料所受的离心力也越大, 当速度达到一定的极限, 使离心力大于物料重力时, 物料会随螺旋轴旋转而无法正常向前输送[4]. 因此, 需要对转速进行限制, 使螺旋轴转速处于一个合理的范围. 限制关系式如下:

2≤2max= g. (8)

把= 2π/60代入式(8), 并考虑到不同物料特性的影响, 引入物料的综合系数K, 可以得到:

称为物料的综合特性系数.

3.5 电动机功率

螺旋输送机的总功率包括3部分, 分别为物料运输所需功率1, 空载运行所需功率2, 以及倾斜引起的附加功率3. 它们分别可以采用后面的公式计算:1=/367;2=/20;3=/367. 式中:—物料运行阻力系数;—输送距离(m);—倾斜高度(m).

因此, 可以得出总功率为:

=1+2+3=/367 +/20 +/367 =(+)/367 +/20. (11)

电动机的功率电动机为:

电动机=KP/, (12)

式中:K—功率储备系数, 一般取1.2～1.4;—电动机传动效率,≤0.9, 一般以0.9计算.

3.6 螺旋输送机机构在卷烟机回丝系统设计中参数的选择

目前, 对螺旋输送机输送的物料性状特性研究较多的主要为粉状、颗粒状或块状, 而对类似烟丝的物料特性参数研究较少. 由于卷烟机具有需求和布局上的一些特殊性, 因此, 在卷烟机设计螺旋输送机机构时, 需要慎重确定各个设计参数.

在卷烟机回丝系统中, 输送量由卷烟机的额定生产能力、烟支重量及回丝量的大小确定, 可以由下面公式计算:

= 60/106, (13)

式中:—卷烟机的额定生产能力(支/min);—烟支重量(g/支);—卷烟机的回丝量(%).

当卷烟机额定生产速度12 000 支/min时, 以每支烟烟丝重量0.68 g计算, 那么在50%极限烟丝回丝量的情况下, 可以得出最大输送量为:= 12 000×0.68×0.5×60/106= 0.244 8 (t/h). 由此可见, 在卷烟机中实际螺旋回丝系统的输送量是非常小的.

下面确定一些相关参数. 通过查表知烟丝容重为= 0.10～0.13 t/m3, 计算时可取[5]= 0.10 t/m3; 物料综合特性, 根据类似物料的特性查表, 取= 75; 烟丝是很轻和松散的物料, 物料填充系数在0.3～0.4之间, 可取= 0.3; 螺旋叶片螺距与直径的比值可取1= 1; 由于倾角不宜大于20°, 所以取K= 0.65.

把式(10)代入式(6)得＞0.104 m, 所以取标准直径= 0.125 m. 再把值代入式(10)可得max= 212.13 min-1, 由于烟丝的特性, 可取= 150 min-1.

再把和的值代入式(6), 反求可得出物料填充系数= 0.273, 与前面的设定值较接近, 所以上面所取各参数值比较合理.

从式(12)可以看出, 在卷烟机回丝系统中, 由于输送量小, 输送距离短, 所以实际所需功率也很小, 因此, 在电机参数的选择上主要考虑电动机的转速和扭矩.

通过查阅资料(PROTOS-M5使用说明书, 德国: 虹霓机器制造股份公司, 2010)可知, 成熟机型PROTOS-M5上螺旋回丝机构主回丝部分的设计参数为:= 0.125 m,= 0.125 m,= 17.5°,= 159 min-1. 由此可知, 以上设定的基本参数值可以满足实际设计需求.

4 结语

螺旋输送机具备了很多皮带输送所没有的优点, 在新式卷烟机的设计中螺旋回丝系统将会取代皮带回丝系统. 由于卷烟行业及卷烟机械的特殊性, 针对烟丝输送的螺旋输送机设计经验值较少. 从本文的计算可以看出, 在螺旋输送机设计中一些经验值的选择上, 可以采用参考类似物料的参数先进行选择, 再通过理论计算进行校验, 最后通过试验进一步验证的方法.

[1] 化工部. 运输机械设计选用手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 1999: 827.

[2] 张东海. 螺旋输送机的优化研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2006.

[3] 化工部.运输机械手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 1982: 468.

[4] 徐余伟. 螺旋输送机设计参数选择[J]. 砖瓦世界, 2008(7): 32-37.

[5] 国家烟草专卖局.YC/T 9-2006 卷烟厂设计规范[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.

Spiral conveyor application on cigarette maker

ZHOU Shi-wei

(Changde Tobacco Machinery Co., Ltd., Changde 415000, China)

In order to acquire design parameters of spiral conveying mechanism which applies on overfeed system in cigarette maker, this paper analyze its principle, deduced related design parameters by calculating theoretically and summaries the influence of conveying efficiency caused by each parameters, which has great significant in the future similar design work.

spiral conveyor; cigarette maker; overfeed system

TS 43

1672-6146(2012)04-0089-04

10.3969/j.issn.1672-6146.2012.04.020

2012-11-02

周诗伟(1964-), 男, 工程师, 主要从事烟草机械产品的研究和管理. E-mail: zhousw@ccdtm.com

(责任编校:江 河)