螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)的研究

吳錫贊

（廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，廣西 南寧 530000）

螺旋輸送機(jī)又稱絞龍，是礦產(chǎn)、建筑業(yè)中用途較廣的輸送設(shè)備，由鋼材做成，用于輸送溫度較高的粉末或者固體顆粒等化工、建材用產(chǎn)品。螺旋輸送機(jī)在許多行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，是工業(yè)生產(chǎn)和物料運(yùn)輸方面重要的機(jī)器設(shè)備，因此它的設(shè)計(jì)要有一定重視。

1 基本參數(shù)的確定

1.1 螺旋直徑

初步計(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。

對草類原料的流動(dòng)性及磨琢程度，要結(jié)合切草的尺寸、原料種類、溫度、合格率、備料凈化方式等因素進(jìn)行改變，總的而言，屬于輕度磨琢性或無磨琢性，此外，還是易堵塞、纏結(jié)以及流動(dòng)性較差的物料。

螺旋輸送機(jī)進(jìn)行布置過程中，傾斜角度可能會(huì)對物料的輸送效果產(chǎn)生一定影響，一般，對物料的輸送能力隨著傾斜角度增大而降低。傾斜角度的大小還會(huì)導(dǎo)致填充系數(shù)及螺距發(fā)生變化。

物料在料槽中的填充系數(shù)會(huì)對物料能量的消耗及物料的輸送產(chǎn)生一定影響，如果物料靠近螺旋外側(cè)，那么其軸向速度會(huì)較大，此外，靠近螺旋軸的物料圓周速度會(huì)比外層物料大，但是其軸向速度通常都比較小，因此，選擇填充系數(shù)時(shí)，必須結(jié)合具體情況，一般應(yīng)使填充系數(shù)在0.5以內(nèi)。如以水平方式對草類原料進(jìn)行布置時(shí)，應(yīng)使填充系數(shù)為0.25～0.35，傾斜布置時(shí)，可把填充系數(shù)取小一點(diǎn)。物料堆積容重和原料的產(chǎn)地、切料長度、種類、凈化方式及效果等因素有著非常密切的聯(lián)系，因此設(shè)計(jì)時(shí)可把實(shí)際測定的數(shù)值作為參考。

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）。

物料在料槽內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度、濕度、運(yùn)動(dòng)取向、大小、表面狀態(tài)以及螺旋葉片材料都會(huì)對草類原料的摩擦系數(shù)產(chǎn)生一定影響，一般可按以下公式對螺距計(jì)算：

S=k.D

式中，如果S值增加，D值不變，表明輸送能力得到提高，但是如果葉片升角及螺距過大，那么整個(gè)物料運(yùn)動(dòng)分布情況都會(huì)受到嚴(yán)重影響，此外，還會(huì)使制造更加困難。當(dāng)k≈1.5時(shí)，其輸送能力就會(huì)達(dá)到最大值，如果k值增大，那么其輸送能力則會(huì)出現(xiàn)一定降低。使用標(biāo)準(zhǔn)的螺旋輸送機(jī)作業(yè)時(shí)，通常取k值為0.8～1；如果水平布置，通常使k=0.8～1，如果輸送物料的流動(dòng)性較差或傾斜布置，則通常使k≤0.8。

1.3 軸徑

軸徑的大小會(huì)對螺距產(chǎn)生一定影響，這主要是因?yàn)槎邔ξ锪系幕扑俣燃胺较虻姆植计鹬鴽Q定性作用，因此，對螺距和軸徑之間的關(guān)系進(jìn)行確定時(shí)，必須要結(jié)合物料和螺旋面的摩擦關(guān)系以及速度各分量的分布情況。

如果軸徑較大，其就會(huì)使有效輸送截面出現(xiàn)一定降低，因此，為了使有效輸送截面更充分，就需加大結(jié)構(gòu)，這樣就會(huì)導(dǎo)致輸送機(jī)結(jié)構(gòu)比較粗大，而且重量也會(huì)有所增加，此外，還會(huì)使成本出現(xiàn)一定提高，因此，螺旋軸徑和螺距之間的關(guān)系應(yīng)是結(jié)構(gòu)及輸送功能之間的有效結(jié)合，此時(shí)需注意的是，必須使靠近葉片外側(cè)的物料的軸向速度得到一定保證，一般而言，軸向速度比圓周速度大即可。

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。

圖1 軸裝減速箱傳動(dòng)裝置

圖2 U型料槽

式中K1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。

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，安裝場合受限制，對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1所示。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 槽體

圖3 實(shí)心軸端與空心軸的焊接連接

標(biāo)準(zhǔn)的GX型螺旋輸送機(jī)采用的通常都是U型槽體，其主要由鋼板與角鋼焊接而成，鋼板通常較薄，這樣對角鋼的邊框進(jìn)行焊接的過程中，槽體通常會(huì)出現(xiàn)比較明顯的變形現(xiàn)象，因此，如果制造條件允許，應(yīng)選用鋼板整體成型（如圖3）。這樣既能避免因焊接角鋼邊框而出現(xiàn)變形現(xiàn)象，又能保證槽體的剛性及表面質(zhì)量。

3.2 止推軸承的位置

應(yīng)把止推軸承布置在物料運(yùn)送前方的一端，即卸料端，對于進(jìn)料端，則應(yīng)選用徑向軸承，這樣螺旋軸中各個(gè)部位所受到的就會(huì)是拉伸力，和軸向壓縮相比，這樣的作業(yè)條件更為有利。此外，還應(yīng)把傳動(dòng)裝置安裝在進(jìn)料端或卸料端，這樣就可在一定程度上避免其因軸向推力而受到損壞。

3.3 螺旋軸實(shí)心軸端與空心軸的連接

對于輸送草類原料的螺旋輸送機(jī)，其空心軸和軸端應(yīng)選用焊接結(jié)構(gòu)（如圖2），這樣的結(jié)構(gòu)表面比較光滑，既沒有掛料的地方，又不會(huì)受到工作溫度變化的影響，作業(yè)過程中，只要保證足夠的焊點(diǎn)，即使不開焊，也能保證運(yùn)轉(zhuǎn)的有效性及可靠性。

3.4 傳動(dòng)皮帶及皮帶輪

在傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，皮帶輪通常會(huì)和電機(jī)輸出軸及減速箱輸入軸直接連接，對這樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝卸時(shí)，會(huì)有一定難度，且其對加工精度也有較高要求，因此，建議使用國外應(yīng)用比較廣泛的易裝卸皮帶輪。這樣的皮帶輪主要由帶外錐的開口錐套和帶錐孔的輪轂共同組成，錐套中開有一個(gè)缺口，通過錐套的外錐可對其內(nèi)孔直徑進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，這樣即使軸徑有一定誤差，也不會(huì)對作業(yè)產(chǎn)生影響，從而可使加工成本及難度得到一定降低。另一方面，這樣的皮帶輪還具有裝卸方便、聯(lián)接可靠等優(yōu)點(diǎn)，可把其廣泛應(yīng)用在專業(yè)化大批量生產(chǎn)中。對于皮帶，應(yīng)選用具有高強(qiáng)度的窄V帶，這樣的皮帶截面上的高和寬之比為1.2：1，可使傳動(dòng)裝置重量得到有效減輕。

結(jié)語

螺旋輸送機(jī)是利用電機(jī)帶動(dòng)螺旋回轉(zhuǎn)，推移物料以實(shí)現(xiàn)輸送目的的機(jī)械，并以它優(yōu)良的性能贏得了越來越多廠家的喜愛，在各行各業(yè)都得到了普遍的應(yīng)用。因此，有關(guān)螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)也隨之被重視起來。本文針對螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了多次試驗(yàn)，相信對有關(guān)方面的設(shè)計(jì)起到一定的幫助。

[1]王聯(lián)奎，侯建華.螺旋輸送機(jī)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2007（01）.

[2]張自然，張闖，王波，萬強(qiáng).螺旋輸送機(jī)綜合性能研究臺(tái)架試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)[J].中國化工貿(mào)易，2012（09）.