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散粒物料特性对带式输送机影响研究.pdf84页
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分类号:TH222密 级:公 开
UDC :单位代码:10424学 位 论 文
散粒物料特性对带式输送机影响的研究侯新涛
申请学位级别:硕士学位 专业名称:机械电子工程
指导教师姓名:周 满 山
职称:教 授
山 东 科 技 大 学
二?一二年五月 论文题目:
散粒物料特性对带式输送机影响的研究
作者姓名:侯新涛
入学时间:2009年 9 月专业名称:机械电子工程
研究方向:先进制造工艺、装
备及自动化指导教师:周满山
职 称:教授论文提交日期:2012 年 5 月
论文答辩日期:2012年 6月 9 日
授予学位日期:
STUDY OF THE BULK MATERIAL PROPERTIES
INFLUENCE ON THE BELT CONVEYOR
A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of
MASTER OF PHILOSOPHYfromShandong University of Science and TechnologybyHou XintaoSupervisor: Professor Zhou Manshan
College of Mechanical and Electronic Engineering
May 2012声 明
本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文,除了所列参考文献和世所
公认的文献外,全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交
于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名:
AFFIRMATION
I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements
for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and
Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The
document has not been submitted for qualification at any other academic
instituteSignature:
Date:山东科技大学硕士学位论文
带式输送机的应用非常广泛,特别是在煤矿、金属矿、港口码头等领域,主要用作
散粒物料的连续运输。由于国家节能减排的政策,以及带式输送机在相关行业的普及,
和其向高带速、长距离、大倾角方向的发展趋势,带式输送机的节能越来越受到重视。
散粒物料的种类比较多,而且性质复杂,在运
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第六章散粒物料特性【PPT】
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周一至周五
9：00&22：00
混合料定量给料机与板喂机PID控制及溜子防堵措施处理
2015年5期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘 要：粘性物料的输送和定量给料的堵塞问题困扰着工业生产，文章结合实际的优化修改经验来谈一谈解决粘性物料的堵塞问题。 中国论文网 /2/view-6938828.htm　　关键词：堵料；PID调节 　　硅酸盐水泥是以石灰石、粘土、铁质原料为主要原料进行配比生产的。其中粘土为粘性物料，含水量大，粘结性强。工厂通常是将粘土与石灰石混合在一起进行破碎，运输及储存，如果设计不合理会造成物料堵塞，卸料不畅等现象的发生。目前水泥厂混合料仓的卸料方式普遍流行的方法是采用板喂机加定量给料机，但是由于设计不合理，一些项目在实际使用过程中出现了不同程度的堵料及板喂机喂料量PID调节困难等诸多问题。下面结合匈牙利NOSTRA 2500T/D干法水泥生产线的实际调试经验来谈一下混合料输送在设计使用过程中应该注意的一些问题和经验。 　　此项目的混合料石灰石与粘土的配比是8：2，石灰石水分是～4%，粘土水分～15%，物料最大粒度为80mm。配料站采用的是圆形筒仓直线型漏斗设计，高径比为2：1，漏斗角度70度，卸料口尺寸为1200mm×2000mm。混合料筒仓设计能够保证物料的连续卸料，未见拥堵现象。板喂机到定量给料机之间的溜子初始设计存在收口过窄，落差过高等问题，导致生产过程中物料卸料困难，无法实现PID调节，由于板喂机与定量料给料机之间的溜子存在12°到20°的缩口，溜子出口面积为800mm×1000mm，且内部设置了防磨扁钢。斗内物料在自重作用下向卸料口流动时漏斗截面收缩，物料颗粒的排列发生变化并在流动过程中互相挤擦，产生内摩擦阻力，物料与斗壁之间因有设置的耐磨扁钢产生很大的摩擦阻力。这两种阻力的叠加，在卸料口上方形成一个阻力集中的区段，使物料的卸出速度减缓。当这些阻力和物料的重力相平衡时，物料就不能自流卸出而起拱堵塞。 　　通过散体力学模型分析，极限剪应力曲线通过测试，可绘制出散粒物料的极限剪应力曲线，从而求出散粒物料在不同应力状态时的剪切应力，再运用流动理论，就可推导出仓排料口尺寸的计算公式。采用如图3所示的极限剪应力曲线是由圆弧段OA 和直线段AB组成。其中直线AB与散粒物料的应力圆相切，应力圆半径由下列试验方法求得：当使用侧挡板自然堆料且不加任何使物料固结压力时，具有粘性的散粒物料的自由表面可不呈现为斜面，而可成垂直的形式（如图3b），使此料堆不产生塌落的最大料层?{度h.取决于该散粒物料的粘性，o点的物料施加压力，料堆即行破坏。而o点的剪切应力为零，这两个应力为散粒体的主应力。o点的应力状态，代表了存仓中散粒物料起拱时拱形外表面的任一点的应力状态。 　　h0为粘性散粒物料堆积试验高度，m；g为重力加速度（g=9.8m/s2）；ρ为物料的堆积密度，kg/m3；r为应力圆半径，r=h0ρg/2为切线BA在纵坐标上截取的一段剪应力，Pa；ψ为物料的内摩擦角，用°表示。 　　τ0= （h0ρg/2）*tg（45°-ψ/2） 又：f=tgψ f-物料内摩擦系数. 　　对于长方形下料孔，设A为孔的面积，L为孔的周长.假定切应力沿整个孔的周长近似为常数，对于稳定的拱可以写出下列平衡条件：A△hρg=L△hτb 　　假定沿孔周边的所有各点，散粒体均处于极限平衡状态，对于边长为a和b的矩形孔则有 　　R=ab/2（a+b）=τ0（1+sinψ）/ρg 　　如果令b/a=ξ 　　由此可以建立用以确定成拱宽度的一般表达式为 　　a= （1-1） 　　现场实地测得混合物料的摩擦角ψ=22°，堆压密度ρ=2.4×103kg/m3，自由堆积高度H0=0.4m；根据公式公式（1-1）可以计算出排料口的最短边长为877mm。取溜子的出口尺寸为1000mm×1890mm，计算出此时的卸料能力Q=×1×1.89×2.4=327吨 大于160吨的设计需求量。 　　现场根据计算后的数据将已有的混合料定量给料机更换成宽1.6m的定量给料机，经现场实际运行效果良好。从以上分析可以看出，在条件允许的前提下，通过改变卸料斗的角度和增大出料口面积来解决物料的起拱堵塞问题，是简单易行的方法。 　　板喂机加定量给料机进行粘性物料的给料时会遇到PID调节控制困难的现象，主要原因是以往的PID调节是通过定了给料机尾部荷重传感器来控制板喂机的喂料量，但是因为板喂机的卸料因为物料太黏而不是连续卸料，物料是一团一团无规则大小的卸料，且物料粘结在板喂机与定量给料机之间的溜子上，重量不能实时的反应到荷重传感器上，造成信号失真。不能够准确的反应板喂机的卸料量从而造成进行控制紊乱，致使设备运行不畅。为了解决这个问题，必须从根本上解决物料粘结对计量的影响。对此笔者在实际改造过程中放弃了用定量给料机尾端荷重传感器来控制板喂机的传统做法。而是将板喂机与定量给料机之间的溜子与板喂机分离，将溜子固定在定量给料机上，溜子与板喂机之间采用软连接进行连接。在定量给料机底部增加了3台荷重传感器用于测量定量给料机与溜子中物料的总重，从而实时控制板喂机的给料量，使之与定量给料机的喂料量相匹配，实现PID调节。这样做最大的好处是，可以准确的计量板喂机的卸料量，而不用担心物料在溜子上是否有积料。 　　通过现场的实际运行情况来看，改造后的喂料系统，工作稳定、可靠彻底解决了粘性物料在喂料时出现的堵料，PID调节不稳定的情况。 　　参考文献 　　[1] 瑞斯涅尔著，耿光斗译.料仓[M].中国建筑工业出版社，1978. 　　[2] 黄松元编.散体力学[M].机械工业出版社，1993.
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3. 农业物料表面积、孔隙率的概念；主要应用。 松散物料孔隙所占体积和整个物料所占体积之比为孔隙率。 松散物料孔隙体积和固体物质体积之比为孔隙比。 物料表面积的应用 叶面积反映光合作用的强弱和生长速率 烟叶的叶面积直接反映了产量的高低，研究植物土壤水养分的相互关系，确定农药杀虫 剂的量 水果的表面积在研究喷雾作用距离，喷雾残留物消除，冷却和加热过程中的热传导
4. 农业物料的水分和活性、吸湿和解吸的概念；生物物料含水率在贮藏与加工等方面。 水的活性 (water activity) 是指物料在平衡水分时的环境相对湿度 (ERH) ， 也可定义为物料
中水蒸气压 P 和相同温度时纯水蒸气压 P0 之比。
第二章 固体农业物料的流变性质 1. 理想物料（弹性体、粘性体、塑性体）的流变特性、生物物料力与变形关系等
理想弹性体 图 理想弹性体流变学特性 不随时间变化
2. 粘弹性、应力松弛、蠕变概念，生物物料的粘弹性 粘弹性 ：物料的应力、应变、应变速率与时间相关产生的特性，既有液体的特性，又有固 体的特性，是两种特性的综合。 应力松驰 ：物料突然变形到给定值保持不变，应力随时间变化的 函数关系。 蠕变 ：物料突然受到一个给定应力值并保持不变，应变随时间变化的函数关系。 液体阻碍或抵抗自己流动的性质称为粘性 弹性是指物料产生弹性变形或恢复变形的能力 塑性是指物料产生塑性变形或永久变形的能力 3. 流变模型和流变方程及其应用
4. 固体农业物料的流变性质及其测定；基本试验、模拟试验的内容、方法等； 弹性：轴向压缩和拉伸试验；剪切试验；弯曲试验；体积压缩试验；接触应力试验 弹塑性：加载卸载 弹粘性：随时间而变的应力应变关系；蠕变试验；应力松弛试验 动态试验法：共振法；动态的正弦交变应力-应变试验 模拟实验：模拟人的感觉 5. 固体生物物料力学特性的应用。
第三章 液体生物物料的流动特性 1. 液体生物物料的流动特性；粘度、表观粘度概念及其影响因素；液体生物物料的类型及 各自的流动特点。 液体的流动性用流动曲线表示；流动曲线是液体所受剪切力与剪切速度的函数关系。 粘度，牛顿流体的剪切应力与剪切速度之比 液体的粘度与压力与温度有关。 1 ）温度升高，液体的粘度下降； 2 ）压力（高压） 升高→液体的粘度上升 3 ）溶液浓度增加，液体的粘度增加。 表观粘度： 将准粘性流体在某一剪切速度下剪切应力与剪切速度的比值称为该剪速度 下的表观粘度。
准粘性流体
准塑性流体
2. 流动特性测定原理。 细管法 在细管粘度计内流体受外力作用而通过细管， 其粘度可根据流量、 外加压力和细 管几何尺寸确定。在一定外加压力下，流体粘度愈高则流体在单位时间内流量愈小，只要比 较其流量大小即可比较其粘度大小。 旋转法 在旋转式粘度计内， 流体受到外扭矩作用而旋转， 其粘度可根据旋转部件角速度、 外扭矩和仪器的几何尺寸而确定。 流体粘度越高， 则旋转部件产生相同角速度所需外扭矩就 愈大。 震动法 对流体施加交变的剪切应力， 测定对应的剪切应变， 从而测得动态粘度和动态剪 切模量。 3. 液体生物物料流动特性的具体应用，从应用方面和原理、实例具体说明。
4. 第四章 生物物料的流体动力学特性 1. 阻力和阻力系数； 阻力由摩擦阻力和形面阻力组成 摩擦阻力为作用在物体表面上的切向力沿相对运动方向上的总和 形面阻力是由于流体的附面层在后部分裂产生涡流使后部压力降低。 层流形面阻力忽略不计 紊流形面阻力主导 阻力系数与流动的流动状态有关，即与雷诺数有关 2. 临界速度的概念、计算方法； 把悬浮速度和沉降速度统称为临界速度 沉降速度 ：物料从静止的流体中自由下落，最终达到匀速向下运动，把这一速度称为该物 料的沉降速度。 悬浮速度 ： 如果流体以物料沉降速度向上运动， 则物料颗粒将会在某一水平上呈悬浮状态， 把此流体速度称作物料的悬浮速度 3. 临界速度测定方法； 1.测定悬浮速度 2.测定沉降速度 4. 临界速度在生物物料共、分级、精选等方面的应用。 农业物料的清洗和分离 气力输送：利用气流输送物料，影响因素为气流速度和物料浓度 水力输送：用于饲料、蔬菜、畜禽粪便等。优点是比较经济而且损伤少。
第五章 散粒物料的力学特性 1. 散粒物料摩擦物性，掌握滑动摩擦角、流动稳定角、休止角的概念及应用。 散粒物料是由许多松散、分离、形状尺寸差不多的颗粒所组成的群体，又称散粒体。 散粒体可分为粗粒、细粒和粉体三类 滑动摩擦角、滚动稳定角是反映物料与接触固体表面 间的摩擦性质，休止角和内摩擦角反 映物料间的内在摩擦性质。
滑动摩擦角表示散粒物料与接触固体相对滑动时， 散粒物科与接触面间的摩擦特性， 其正切 值为滑动摩擦系数，与物料含水率有关。 滚动稳定角反映单粒往状、球形成类似球形物料与所接触表面的滚动摩擦特性 ．与物料形 状、尺寸、质量以及接触表面的性质有关。 休止角指散粒物料从一定高度自然连续地下落到平面上时， 所堆积成的圆锥体母线与底平面 的夹角。 影响休止角的因素： (1)形状 ：粒子愈接近于球形，其休止角愈小。 (2)尺寸 ：对于同一种物料，粒径愈小休止角愈大。这是 由于细小的粒子之间相互粘 附没较大的缘故。 (3)含水率 ：随含水率增加而增大等有关。这是因为每个 粒子被潮湿的表层包围，使 其内摩 — 按力和粒子间粘 附作用增加。 (4)堆放条件 ：如果对物料进行振动，则休止角减小。物 料粒子愈接近于球形、粒径 愈大，振动影响愈显著。 内摩擦角是反映散粒物料间摩擦特性和抗剪强度 休止角与内摩擦角的区别与联系： (1)休止角和内摩擦角 都反映了散粒物料的内摩擦特性； (2)休止角和内摩擦角两者概念不同。 内摩擦角反映散粒物料层间的摩擦特性， 休止 角则表示单粒物料在物料 堆上的滚落能力，是内摩擦特性的外观表现； (3) 数值不同。对质量和含水率近似的同类物料，休止角始终大于内摩擦角，且都大 于滑动摩擦角。对于缺乏粘聚力的散粒物料如砂子等，其休止角等于内摩擦角 。 2. 散粒物料流动形式及流动特性、流动函数、流动因素的应用。 结拱影响因素：粒径，形状，密度，内摩擦角，含水率 防止措施：加大排料口；减小料斗顶角；减小料斗摩擦；料斗不对称或加纵向隔板；增加振 动器；排料口下方加椎体结构减小物料压力 3. 深仓与浅仓的概念，散粒物料对深仓与浅仓的压力分布。 物料深度 h 小于当量直径 De 为浅仓；大于为深仓（休止角或滑动摩擦系数的压力比） 浅仓 侧压力的合力作用在距物料表面 2/3 壁高处 深仓
六热学特性 应用 1、农业物料和食品的冷却：水果、蔬菜冷却后降低了呼吸作用、减慢成熟过程、延长 了腐败变质的时间 2、....的加热：土壤热处理可以杀菌消毒，为种子萌发创造条件；控制害虫；加热水果可以 延长保存时间。加热时间和温度是重要参数。 七、光学特性 应用：1、物料颜色和成熟度分析：物料的光的反射率与透射率光谱曲线与成熟度、颜色有
相关性。675nm 有吸光性。光密度越小，叶绿素含量越低。 2、成分分析：利用光谱曲线。测定水、脂肪、蛋白质等 3、内部缺陷检测：反射率和透光率 4、自动分级和分选：反射率和透光率、延迟发光 第八章 生物物料的电学特性 1.R= ρL/A 1.1 电阻 R 是与导体尺寸有关的量，而电阻率 ρ 是与导体尺寸无关的量。因此，电阻率是 表征导体性质的一个物理量。 温度升高引起电子间频繁的碰撞，导致碰撞时间缩短，从而使电阻率增大。 1.2 电导是描述物体传导电流性性能的物理量，记作 G 。物体的电导是指该物体所通过电 流与该物体所加电压的比值。对于直流电路而言，这个数值就是电阻的倒数，其单位为 S 。 电导率是电阻率的倒数。
3.物体 1.导体 2.非导体 导体 1.电子导体 2.离子导体
4.介电特性主要有三项，即相对介电常数
，相对介质损耗因数
和介质损耗角正切 tgδ
4.1 相对介电常数=以某种材料为介质时的电容器的电容/以真空为介质时的电容器的电容 =物料实际介电常数 ε/真空介电常数 ε0 （8.85× 10-14F／cm） 介电常数是表示物料可能贮存的电场能量，它应映该物料提高电容器电容量的能力 4.2 相对介质损耗因数反映电介质在交流电场中可能损耗的能量，其值愈大表明物料在微波 处理时加热愈快。
4.3 介质损耗角的正切也是反映能量的损耗。 介质损耗角 δ 是交流电的总电流 I 与电容器中 的电容电流 Ic 之间的夹角. （电介质可用理想电容和电阻组成的并联电路表示。 ）
δ =90 °—θ 5 介质损耗
tgδ=IR/IC
将平板电容器丙极板间充以电介质，在高频电场作用下电介质将被极化，有极分子 在电场中不断地作取向运动， 分子间发生碰撞和摩擦将消耗电能并转为热能， 使得介质发热。 这种因介质在电场作用下发热而消牦的能量称为介质损耗。 6. 静电特性 6.1 相距为 r 的两个点电荷 q1 和 q2 之间的相互作用力为
F=K （ q1q2/r2 ） K=1/(4 πε0 )=9 × 109Nm /C2 ，ε0 为真空中介电常数。
6.2 电场强度 E=F/q1
q 是该电容器电容 C 与平板间电位差 V 的乘积
7.生物体的组织和细胞所进行的生命活动都伴随电现象，产生一定的电位变化， 通常把这种生物体内的电现象称为生物电。 它反映了生命活动中的一些物理化学 变化，与生物体的新陈代谢有关。一旦生命停止，生物电也即消失。
介电特性影响因素：电场频率；含水率；温度；密度 应用： 含水率测定：基于水的介电常数高达 80，而其他农业物料的介电常数低得多。 加热干燥：介质损耗原理，水的损耗因素比干物质大得多，将含水的物料放在高频或超高频 的电场中电场放出的绝大部分能量将被水分子吸收， 受热的水分子将快速蒸发。 含水率越高， 吸收的能量越多，水分蒸发越快。 质量评定和控制； 种子的电处理：对种子施以电能，包括对害虫的控制，改善发芽能力，种子分选 利用静电原理可进行分离和清选
谷物含水率测定
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物料气流输送与分离装置的设计计算
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&&气体输送装置由风扇、管道、喂料装置和卸料装置组成。特点是构造比较简单,除风扇外,一般没有其他运动部件,重量轻,生产率高,输送距离较大,受使用场地条件限制较小,且不易弄脏和漏失输送物料。在农机中常用于输送各种草料、粉料、谷粒、棉花、青饲料等。
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