螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)探討

胡 軍

（天津智卓峰環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司，天津，300384)

螺旋輸送機(jī)作為一種古老、簡單而有效的連續(xù)輸送機(jī)械，在造紙工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。比如在備料制漿工段，主要用于原料及漿料的輸送等。本文將對(duì)用于草類原料的輸送及汽蒸或濕潤等工段用的等螺距、實(shí)體螺旋葉片、無吊掛軸承的單頭普通螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)做初步的探討。

螺旋輸送機(jī)的示意圖如圖1所示。

圖1 輸送草類原料的螺旋輸送機(jī)示意圖

1 基本參數(shù)的確定

1.1 螺旋直徑

螺旋直徑可初步按下式計(jì)算：

式中 D-----螺旋外徑（m)

Q-----輸送能力（t/h)

Kz-----物料綜合特征系數(shù)

Kβ-----傾斜輸送系數(shù)

Kd-----充滿系數(shù)

γ-----被輸送物料的單位容積質(zhì)量（t/m3)

物料綜合特性系數(shù)為經(jīng)驗(yàn)值，一般情況下，根據(jù)物料的性質(zhì)，可將物料分成四類：

（1)流動(dòng)性好，質(zhì)量較輕且無磨琢性物料。

（2)無磨琢性，但流動(dòng)性較前一種差的物料。

（3)粒度尺寸及流動(dòng)性同前一種接近，但磨琢性較大的物料。

（4)流動(dòng)性差且磨琢性大的物料。

草類原料的磨琢程度及流動(dòng)性將隨切草尺寸、合格率、原料種類、產(chǎn)地、溫度以及備料凈化的方式和效果等多種因素的不同而改變，但總的來說，它們是屬于無磨琢性或輕度磨琢性，而流動(dòng)性較差、容易纏結(jié)堵塞的物料。

螺旋輸送機(jī)布置時(shí)，傾斜角度也將影響物料的輸送效果，隨著傾斜角度增大，輸送能力將下降。另外，傾斜角度的大小還會(huì)牽連到螺距及填充系數(shù)的改變。傾斜輸送系數(shù)可按表1選用。

表1 傾斜輸送系數(shù)表

物料在料槽中的填充系數(shù)對(duì)物料的輸送和能量消耗有很大影響?？拷菪鈧?cè)的物料具有較大的軸向速度，而靠近螺旋軸的物料圓周速度比外層物料大，但軸向速度均較小，所以選取合適的填充系數(shù)非常重要，填充系數(shù)越小，對(duì)輸送物料越有利。一般填充系數(shù)不大于0.5。對(duì)于草類原料，水平布置時(shí)填充系數(shù)通常選取0.3（0.25～0.35)，傾斜布置時(shí)，填充系數(shù)應(yīng)取小一些。

物料的堆積容重同原料的種類、產(chǎn)地、濕度、切料長度以及凈化方式和效果等多種因素有關(guān)，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以實(shí)際測(cè)定的數(shù)值為依據(jù)。國內(nèi)常用非木纖維原料加工成料片后的堆積容重如表2所示。

表2 國內(nèi)常用草類原料加工成料片后的容重表

1.2 螺距

螺距不僅決定著螺旋的升角，而且還決定著在一定填充系數(shù)下物料運(yùn)行的滑移面，所以，螺距的大小直接影響著物料的輸送過程。最大螺距應(yīng)滿足下列兩個(gè)條件：

式中：K1=d/D（d為軸徑，D為螺旋外徑)

u-----螺旋面動(dòng)摩擦系數(shù)

β----- 摩擦角（u=tgρ)

草類原料的摩擦系數(shù)同物料在料槽里的運(yùn)動(dòng)取向、運(yùn)動(dòng)速度、物料大小、濕度以及螺旋葉片材料和表面狀態(tài)等有關(guān)。

通常情況下可按下式計(jì)算螺距：

在D值一定的情況下，S值增加，輸送能力提高，但螺距過大，葉片升角過大，這樣將影響物料運(yùn)動(dòng)的速度分布，而且制造難度也增大了。當(dāng)k≈1.5時(shí)，輸送能力達(dá)到最大值，隨著k值不斷增大，輸送能力反而下降。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的螺旋輸送機(jī)，k值一般取0.8～1。當(dāng)傾斜布置或輸送物料流動(dòng)性較差時(shí)，k≤0.8；當(dāng)水平布置時(shí)，k=0.8～1。

1.3 軸徑

軸徑的大小與螺距有關(guān)，因?yàn)閮烧吖餐瑳Q定了螺旋葉片的升角，即決定了物料的滑移方向及速度分布，所以應(yīng)從考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量的適當(dāng)分布來確定最合理的軸徑與螺距之間的關(guān)系。當(dāng)軸徑相當(dāng)大時(shí)，勢(shì)必會(huì)降低有效輸送截面，為了保證足夠的有效輸送截面，保證輸送能力，就得加大結(jié)構(gòu)，致使輸送機(jī)結(jié)構(gòu)粗大笨重，同時(shí)成本也會(huì)隨之提高。所以，螺旋軸徑與螺距的關(guān)系應(yīng)是輸送功能與結(jié)構(gòu)的綜合，在能夠滿足輸送要求的前提下，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊，況且由于這種場(chǎng)合使用的輸送機(jī)填充系數(shù)較低，只要保證靠近葉片外側(cè)的物料具有較大的軸向速度，且軸向速度大于圓周速度即可。

再有一點(diǎn)要提醒的是，由于輸送草類原料的螺旋輸送機(jī)，往往沒有中間吊掛軸承，除了應(yīng)滿足上述條件外，還應(yīng)有足夠的剛度，所以建議選用較粗的無縫管制作螺旋軸。

1.4 轉(zhuǎn)速

由于這類螺旋輸送機(jī)軸徑較粗，所以在能力計(jì)算時(shí)，不能忽略軸徑所占的截面。螺旋軸轉(zhuǎn)速可按下式計(jì)算：

式中：n-----螺旋軸轉(zhuǎn)速（r/min)

S-----螺距（m)

λ-----螺旋葉片外徑與槽體內(nèi)壁最小間隙（m)，一般 λ 為 5～15mm。

螺旋轉(zhuǎn)速加快，生產(chǎn)能力提高，但當(dāng)轉(zhuǎn)速超過一定極限值時(shí)，物料會(huì)因離心力過大而向外甩，以致無法輸送，所以轉(zhuǎn)速n不能超過某一極限值。

式中Kl為物料特性系數(shù)。

如果計(jì)算得到的轉(zhuǎn)速太高，則應(yīng)對(duì)計(jì)算D、d軸、S值做適當(dāng)調(diào)整。

1.5 傳動(dòng)功率

螺旋輸送機(jī)傳動(dòng)總功率P包括物料運(yùn)行需要功率PH，空載運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率PN，以及由于傾斜而引起的附加功率Pst三部分。

PH=QLλ/367 （kw)

PN=DL/20 （kw)

Pst=QH/367 （kw)

P=Q(λL+H)/367+DL/20 （kw)

式中：Q-----生產(chǎn)能力（t/h)；

L-----輸送距離（m)；

H-----傾斜高度（m)；

D-----螺旋外徑（m)；

λ-----物料運(yùn)行阻力系數(shù)。

電機(jī)匹配功率N

式中：Kf-----功率儲(chǔ)備系數(shù)，一般取1.2～1.4；

ηz-----電機(jī)傳動(dòng)功率，一般取0.9。

對(duì)于連續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)中的螺旋輸送機(jī)，應(yīng)有足夠的功率儲(chǔ)備。

2 驅(qū)動(dòng)裝置

普通的GX型螺旋輸送機(jī)多采用落地式電機(jī)減速箱傳動(dòng)裝置，但這種結(jié)構(gòu)占地多，安裝場(chǎng)合受限制，對(duì)于制漿備料車間多層樓房結(jié)構(gòu)不適合，國外制漿造紙行業(yè)多采用軸裝式減速箱傳動(dòng)裝置，如圖2所示。

圖2 軸裝減速箱傳動(dòng)裝置

這種減速箱直接安裝在螺旋軸上，電機(jī)架在減速箱上面，采用皮帶傳動(dòng)，通過調(diào)節(jié)電機(jī)座的高低即可調(diào)整皮帶的松緊程度。由于采用了易裝卸式皮帶輪，更換皮帶方便，如果想改變螺旋軸的轉(zhuǎn)速，只需換皮帶輪。這種減速箱裝卸比較方便，連接可靠，接觸良好，而且由于齒輪大多采用漸開線硬面齒，具有較大的承載能力，噪音低，這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)適合各種角度安裝的螺旋輸送機(jī)，最適合連續(xù)蒸煮車間使用。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 螺旋軸實(shí)心軸端與空心軸的連接

對(duì)于輸送草類原料的螺旋輸送機(jī)，軸端與空心軸最好采用焊接結(jié)構(gòu)，如圖3所示。這種結(jié)構(gòu)表面光滑，沒有絲毫掛料地方，也不受工作溫度變化的影響，只要焊點(diǎn)足夠，不開焊，運(yùn)轉(zhuǎn)中不會(huì)出現(xiàn)異常停車事故。

圖3 實(shí)心軸端與空心軸的焊接連接

3.2 槽體

標(biāo)準(zhǔn)的GX型螺旋輸送機(jī)，通常采用U型槽體，由角鋼和鋼板焊接成型。由于鋼板較薄，焊接角鋼邊框時(shí)，槽體變形較大，所以在制造條件允許的情況下，槽體最好采用鋼板整體成型，如圖4所示。這樣就可避免由于焊接角鋼邊框帶來的較大變形，而且槽體幾何精度高，表面質(zhì)量好，剛性也較好。

圖4 U型料槽

3.3 止推軸承的位置

止推軸承應(yīng)位于物料運(yùn)送前方的一端，即卸料端，承受軸向力，而進(jìn)料端采用徑向軸承，承受徑向力，這樣螺旋軸各個(gè)部位受的是拉伸力，工作條件比軸向壓縮有利。另外，傳動(dòng)裝置一般也安裝在卸料端，這樣就可避免由于受到軸向推力而損壞，當(dāng)然也可以裝在進(jìn)料端。

3.4 傳動(dòng)皮帶及皮帶輪

傳動(dòng)設(shè)計(jì)中一般是皮帶輪直接同電機(jī)輸出軸及減速箱輸入軸連接，但這種結(jié)構(gòu)裝卸較難，加工精度要求高。建議采用國外廣泛采用的易裝卸皮帶輪，如圖5所示。其由帶錐孔的輪轂和帶外錐的開口錐套組成。錐套開有缺口，內(nèi)孔直徑可利用錐套的外錐調(diào)節(jié)，這就允許軸徑有一定誤差，降低了加工難度和成本。這種皮帶輪聯(lián)接可靠，裝卸方便，不需笨重的裝卸工具，不同軸徑只需更換錐套，從而擴(kuò)大了皮帶輪的用途，但這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是加工錐套及輪轂聯(lián)接的螺釘孔比較困難，小批量單件生產(chǎn)成本較高，較適合專業(yè)化大批量生產(chǎn)。

圖5 易裝卸皮帶輪結(jié)構(gòu)示意圖

皮帶采用強(qiáng)度高的窄V帶，這種皮帶截面上寬與高的比值?。?：1.2)，可減輕傳動(dòng)裝置重量。

4 結(jié)束語

雖然螺旋輸送機(jī)并不是一種新型的輸送設(shè)備，但由于造紙?jiān)霞肮に嚄l件的特殊性，要設(shè)計(jì)出一臺(tái)符合物料特性的螺旋輸送機(jī)，還需要進(jìn)行多次試驗(yàn)，才能獲得可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)。