螺旋挤浆机螺旋辊的设计计算

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1、黄石茂(华南理工大学工业装备与控制工程系,广州510641)摘要本文介绍了设计计算螺旋辊时如何选择材料和结构,对螺旋辊的受力进行了分析,同时对螺旋辊进行了强度计算和校核。关键词螺旋辊;受力分析;设计计算螺旋挤浆机是采用高浓高压方式来提取黑液的洗浆设备,这种设备造价和投资低,压滤脱水能力强,提取率高,且在高浓状态下挤压,所得黑液浓度和温度较高,有利于浆料和黑液的保温。因而在中小型造纸厂得到广泛的应用。螺旋挤浆机是利用螺旋辊在固定的圆筒形滤鼓内旋转,使浆料在滤鼓内轴向推进中受挤压而脱水、浓缩。螺旋辊是其主要的工作零件。螺旋辊是在浆料的摩擦力及各种阻力下工作,其主要失效为磨损,也有设计

2、不当,由于强度不够而破坏的。螺旋辊设计计算时,要根据螺旋挤浆机的生产能力和工作条件来选择材料和结构,确定螺旋辊直径、长径比、压缩比、螺距等结构参数,然后进行受力分析和强度校核。铸造结构的材料一般采用球墨铸铁和铸钢。如QT900-2,其强度比40Cr钢低10%～20%,其他性能与40Cr钢接近,淬火后回火硬度可达HRc57～60,而耐磨性比40Cr钢高40%,且可以进行精密铸造,其加工性能与减震性都优于40Cr钢。铸钢,如ZG270-500,具有较高的强度和较好的塑性,铸造性能和切削性能良好,为提高其耐磨性,压缩段螺旋工作面和出料段表面应喷焊2～3mm厚的耐磨硬质合金,喷焊后的表面

3、硬度可达HRc52～58。2螺旋辊结构参数的确定螺旋辊的结构按其作用分为输送段、压缩段和出料段(光轴段)三个区段。输送段起到计量和喂料的作用,它的设计确定了进料的能力。浆料首先从料斗以一定的供料量进入机内的滤鼓和螺旋辊之间的间隙,物料被输送段强行推进到压缩段,压缩段的长度较长,此段设计成定外径、变根径和变螺距的结构,因此压缩段起到输送、压缩物料进行脱水、形成料塞和增加料塞密度的作用。物料再向前进入出料段,物料在出料段进一步受到均匀压缩,最后将料定压、定量地由出口挤出。出料段一般作为装设堵头之用。锥形堵头尾端有调节螺旋辊轴向移动的装置。用以调节出浆间隙与堵浆压力。螺旋辊的主要结构参

4、数一般有:螺旋辊直径、压缩比、长径比、螺距和螺旋槽深度等。2.1螺旋辊直径D2000.No.61螺旋辊的材料和结构的选择螺旋辊的材料除应满足强度和刚度外,还应具有很好的耐磨性。螺旋辊从结构上可分为焊接结构和铸造结构。焊接结构是将螺旋叶片和轴分别加工好焊接在一起,其特点是加工方便,成本低,但螺旋叶片厚度一般不变化,压缩段后段的螺旋叶片磨损较快,直接影响螺旋辊的使用寿命。焊接结构的材料一般采用45号钢和40Cr钢。45号钢的切削加工性能较好,成本较低,而耐磨性和耐腐蚀性较低。40Cr钢的强度比45号钢高20%,加工后进行表面淬火,其硬度可达HRc45。《广东造纸》26螺旋辊直径是螺旋

5、挤浆机的主要结构参数之一。在设计螺旋辊时,一般都已知所需要的生产能力。生产能力不仅与螺旋辊直径有关,而且与其他几何尺寸、工艺操作条件、浆料的性能和出浆堵头压力等有关,所以,用理论公式计算是有困难的,因此,螺旋辊的直径往往用以下方式选取。在初步确定的螺旋挤浆机生产能力和转速之后,可根据近似的生产能力公式确定。近似的生产能力公式Q(kg/h)为:多数螺旋辊为圆柱形,为达到1∶1.15～4的压缩比,可以改变螺旋槽的深度或改变螺旋的螺距,也可以同时改变。等距变深螺旋是从进料端的第一个螺旋槽开始直至压缩段的最后一个螺旋槽的深度是逐渐变浅,这种螺旋辊加工方便,螺旋表面可以达到一定光洁度。等深

6、变螺距是指螺旋槽深度不变,螺距从进料段第一螺距开始至压缩段末端是从宽逐渐变窄。这种螺旋辊当辊径较大时,在出浆处的浆层太厚,容易内外干度不均匀。变深变距螺旋辊是指螺旋槽深度和螺纹升程(从进料段开始至压缩段末端都是逐渐变化,即螺旋升程)从宽逐渐变窄,螺旋槽深度由深逐渐变浅。这种螺旋辊具有前两种螺旋辊的特点,虽然加工比较麻烦,但可以获得比只收敛螺距或减小螺槽深度具有更大优点。现时国内新设计的螺旋辊大多采用这种螺旋辊。2.3长径比和螺距数目在螺旋辊直径和压缩比一定的条件下,螺距数多,压缩段长,即长径比大,结果增加物料在压缩段内停留时间,使浆料逐步压缩和逐渐排出废液。同时对浆料送进量波动的

7、缓冲能力增加。但是长径比太大会使浆料产生过压打滑,内摩擦力增加引起末端阻力增大,使电耗增加,而且使浆料发热,甚至过干引起堵塞。因此长径比不能太大,但太短又容易跑浆。螺旋辊的长径比一般为4～5,螺距的数目为6～7个。2.4螺距t螺旋辊的螺距的大小对于一定直径的螺Q=60πDcp1Anr