螺旋輸送機(jī)的優(yōu)化研究及改進(jìn)

摘 要 螺旋輸送機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛，由于其設(shè)計(jì)參數(shù)比較多，在實(shí)際設(shè)計(jì)中就應(yīng)該從具體項(xiàng)目函數(shù)以及條件出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。螺旋輸送機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位不可忽視，其工作效率和性能直接影響著工業(yè)項(xiàng)目的質(zhì)量。因此，優(yōu)化和改進(jìn)螺旋輸送機(jī)勢在必行。

關(guān)鍵詞 螺旋輸送機(jī)；優(yōu)化研究；改進(jìn)

中圖分類號：TH224 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0179-01

螺旋輸送機(jī)是工業(yè)中常用的連續(xù)輸送機(jī)械，螺旋輸送機(jī)是利用其螺旋體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)輸送功能的，是現(xiàn)代化生產(chǎn)和物流運(yùn)輸中不可缺少的一個設(shè)備，而且在國民經(jīng)濟(jì)各個部門中也得到了廣泛使用，涉及到的行業(yè)領(lǐng)域眾多，例如，冶金、采礦、建材和碼頭等[1]。螺旋輸送機(jī)主要輸送大型貨物，諸如礦石和煤炭等等。在水泥業(yè)中，螺旋輸送機(jī)不僅承擔(dān)著輸送水泥原料的功能還能夠進(jìn)行工藝處理，例如進(jìn)行混合和攪拌等。這種輸送機(jī)設(shè)備的型號比較多，結(jié)構(gòu)的差異也很大，加上其眾多設(shè)計(jì)參數(shù)中相互影響，使得其設(shè)計(jì)十分復(fù)雜和困難。如果設(shè)計(jì)和選擇不當(dāng)，對于整個輸送機(jī)的工作效率和性能都有很大的影響。本文對優(yōu)化研究和改進(jìn)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行了分析。

1 螺旋輸送機(jī)的優(yōu)化研究

隨著制造技術(shù)的發(fā)展，螺旋輸送機(jī)的應(yīng)用更加的廣泛，工業(yè)對輸送機(jī)的性能要求也有所提高。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前對螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)要求，因此，采用合理科學(xué)的設(shè)計(jì)方法優(yōu)化螺旋輸送機(jī)很有必要。

螺旋輸送機(jī)的主要是由螺旋軸、螺旋片、機(jī)殼、軸承等零件構(gòu)成[2]。

優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在一定的約束條件下滿足水要求，使用優(yōu)化計(jì)算方法，合理的確定設(shè)計(jì)參數(shù)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心是在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上選擇合適優(yōu)化防范進(jìn)行求解。在工程機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)備的體積、成本以及性能等等都是設(shè)計(jì)的目標(biāo)，而優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的就是能夠使得這些設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到最佳化使得設(shè)計(jì)目標(biāo)最優(yōu)化。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅能夠提高設(shè)備的性能，而且還能夠提高其效率，減少制造的成本。因此，在機(jī)械工程中優(yōu)化設(shè)計(jì)的地位不可小覷。

1.1 目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)和約束條件

變量設(shè)計(jì)：螺旋輸送機(jī)的螺旋體的尺寸有以下幾種，空心軸外徑（D），內(nèi)徑（d），螺旋葉片直徑（Dm），螺距（S）以及長度和葉片的厚度。

目標(biāo)函數(shù)：在滿足輸送機(jī)的使用要求基礎(chǔ)上，要減少螺旋體的質(zhì)量以實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料和減少成本的目的，而且還要能夠方便移動設(shè)備。因而，最小質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)是目標(biāo)函數(shù)，最大輸送功率是約束條件。以下是螺旋輸送機(jī)的約束條件。

功率限制條件：螺旋輸送機(jī)功率應(yīng)該要低于電機(jī)的功率，也就是：

g1（x）：N0

其中N表示電機(jī)的額定功率，N0表示輸送機(jī)啟動動率。

剛度限制條件：輸送機(jī)的撓度應(yīng)該低于許用值：

g1（x）：fmax<[f] （2）

式中的fmax表示螺旋輸送機(jī)的最大撓度，[f]表示最大的許用撓度。

轉(zhuǎn)速限制條件：為了避免機(jī)器的振動以及物料的破碎料，對于螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速也要加以顯示：

g1（x）：<[n] （3）

其中n代表的是輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速。

扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度限制條件：螺旋輸送機(jī)空心軸應(yīng)該承擔(dān)的剪應(yīng)力要低于材料的最大應(yīng)力：

g1（x）：tmax<[t] （4）

輸送效率限制條件：由于螺旋輸送效率較低，為減少其消耗既要對其輸送的效率加以限制。

g1（x）：h>[h] （5）

h表示輸送機(jī)輸送的功率，[h]表示其允許的最小輸送效率。

邊界條件限制：邊界條件限制包括空心軸內(nèi)徑以及外徑，葉片長度和厚度等。對于這些邊界條件也要加以限制以實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)功率的提高。

1.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化算法

復(fù)雜而多的螺旋輸送機(jī)參數(shù)使得常規(guī)設(shè)計(jì)中很難實(shí)現(xiàn)最佳值的搭配，為了保證其安全通常的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則都十分保守以至于質(zhì)量在增加的同時也提高了成本。因而，可以根據(jù)數(shù)值迭代法建立目標(biāo)函數(shù)以及約束條件進(jìn)行求解。數(shù)值迭代法在螺旋輸送機(jī)中的使用能夠使得求解的難度降低且提高求解的效率。其基本步驟如下。

從某個初始點(diǎn)X沿著規(guī)定的方向d1以最佳的步長a1求得目標(biāo)函數(shù)的極值，然后獲得一個新的設(shè)計(jì)點(diǎn)X1。X1=x+a1d1

再從新的設(shè)計(jì)點(diǎn)X2出發(fā)沿著規(guī)定的方向d2獲得新的最佳步長a2然后獲得第二個新的設(shè)計(jì)點(diǎn)X2。X2=X1+a2d2

重復(fù)以上的迭代過程就會得到公式X（k+1）=X（k）+a（k）d（K）。通過這個公式能夠計(jì)算出設(shè)計(jì)的最佳精度。

2 改進(jìn)意見

為了避免螺旋輸送機(jī)中有結(jié)塊，在長時間的停機(jī)中要清楚穩(wěn)流箱中的物料。其次，如果穩(wěn)流段為圓管外殼時其長度上要留有檢修空間。另外，在改進(jìn)輸送機(jī)穩(wěn)流箱的上蓋時應(yīng)該設(shè)計(jì)一料位計(jì)和傳動部分的聯(lián)鎖，避免物料滿后造成設(shè)備停機(jī)[3]。最后，如果箱內(nèi)有加擋板，那么就要考慮傳動的動率是否能夠承受螺旋阻力。

3 結(jié)論

螺旋輸送機(jī)是利用其螺旋體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)輸送功能的，是現(xiàn)代化生產(chǎn)和物流運(yùn)輸中不可缺少的一個設(shè)備，而且在國民經(jīng)濟(jì)各個部門中也得到了廣泛使用，螺旋輸送機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位越來越受到重視。螺旋輸送機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛，由于其設(shè)計(jì)參數(shù)比較多，在實(shí)際設(shè)計(jì)中就應(yīng)該從具體項(xiàng)目函數(shù)以及條件出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。螺旋輸送機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位不可忽視，其工作效率和性能直接影響著工業(yè)項(xiàng)目的質(zhì)量。因此，優(yōu)化和改進(jìn)螺旋輸送機(jī)勢在必行。結(jié)構(gòu)簡單且管理方便的螺旋輸送機(jī)能較好的完成輸送工作，但是其也存在一定的不足，例如，容易導(dǎo)致物料破碎且消耗的功率較大。對此，本文針對這些問題提出了一些優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)方法。由于筆者能力有限，在研究中有不足之處還望加以指正。

參考文獻(xiàn)

[1]孟慶琳.盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)承壓輸送機(jī)理研究及控制中的應(yīng)用[D].大連理工大學(xué)，2012.

[2]王鐵流，郭曉梅，張青娥，蔡楊.螺旋輸送機(jī)螺旋體的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2012（12）：14-16.

[3]尹忠俊，孫潔，陳兵，張連萬.開式螺旋輸送機(jī)輸送機(jī)理分析與參數(shù)設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械，2010（11）：66-71.

[4]張想.螺旋輸送機(jī)輸送機(jī)理分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2012（12）：55-61.

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作者簡介

石文斌（1985-），男，助理工程師，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化。