300 t/h垂直螺旋輸送機設計與改進

孫遠韜　吳　丹　潘松勝　夏　華　張　氫

1 同濟大學機械與能源工程學院　2 無錫松大重工機械有限公司

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300 t/h垂直螺旋輸送機設計與改進

孫遠韜1吳丹2潘松勝2夏華2張氫1

1 同濟大學機械與能源工程學院2 無錫松大重工機械有限公司

從垂直螺旋卸船機的核心裝置-螺旋取料裝置的密封、潤滑及垂直傳送的機理出發(fā)，研究了螺旋頭結(jié)構(gòu)的改進方法，確定了螺旋裝置合理的臨界轉(zhuǎn)速，得到了一種性能更好，可靠性更高，維護量小的散貨裝備核心部件。

臨界轉(zhuǎn)速; 螺旋卸船機; 散貨; 磨損; 密封

1　前言

散貨卸船機主要有間歇式卸船機和連續(xù)式卸船機2大類型。間歇式卸船機的代表是抓斗卸船機。但隨著國家對環(huán)保要求增加，傳統(tǒng)的抓斗卸船機或門機已經(jīng)無法滿足環(huán)境治理要求，因此越來越多的生產(chǎn)廠家都開始致力于研發(fā)連續(xù)式、全封閉卸船設備，以滿足環(huán)保要求。螺旋卸船機是此類代表性產(chǎn)品，其最大優(yōu)點是物料在密閉管道內(nèi)輸送，大大減少了粉塵污染，同時易于清倉。

在世界范圍內(nèi)，芬蘭Cargotec公司的標志性產(chǎn)品Siwertell螺旋卸船機長期壟斷世界螺旋卸船機市場[1]。Siwertell螺旋卸船機的核心技術(shù)主要是反轉(zhuǎn)傾斜翼板取料技術(shù)和垂直螺旋的中間支承技術(shù)。反轉(zhuǎn)傾斜翼板取料技術(shù)是以傾斜翼板與垂直螺旋反向旋轉(zhuǎn)取料，可保證垂直螺旋較高的充填率，外螺旋或刮板可松散物料以保證進料口處物料充足，易于達到船艙各個角落，但對物料的流動性依賴性高，卸船機平均效率較低。垂直螺旋的中間支承技術(shù)采用與上下輸送螺旋連成一體的支撐螺旋，支撐螺旋上鑲有一排硬質(zhì)合金柱體，與外部軸瓦形成滑動支撐，輸送螺旋連續(xù)，物料通過性好。但對垂直螺旋軸、支撐螺旋及支撐軸瓦的制造安裝有極高的要求，當螺旋軸因外載荷或制造安裝導致結(jié)構(gòu)同軸度誤差時，引起螺旋軸局部結(jié)構(gòu)受力極大，磨損極其嚴重，甚至卡死，進而導致垂直卸船機能耗較高[2]。因此，研制高效的垂直螺旋卸船機是發(fā)展港口多功能螺旋卸船機的關鍵所在。螺旋取料頭存在的主要問題是磨損件磨損較快和能耗較大。本文就是從垂直螺旋卸船機的核心裝置-螺旋取料裝置的密封、潤滑及垂直傳送的機理出發(fā)，研究螺旋頭的結(jié)構(gòu)的改進方法，確定螺旋裝置合理的臨界轉(zhuǎn)速方法，從而得到一種性能更好，可靠性更高，維護量小的散貨裝備。

2　取料頭結(jié)構(gòu)改進

現(xiàn)有的取料頭大都采用普通軸承，易磨損，并容易受到物料的污染而加劇，而且沒有獨立的儲油腔體，需要定期加油，增加了很多工作量。同時現(xiàn)有的取料頭一般只采用一道密封圈，密封效果不夠理想。 本設計利用振動式物體滑落原理，在螺旋取料頭主軸內(nèi)設置一個儲油腔體(如圖1所示)，螺旋取料頭在工作過程中，儲油腔體中儲存的潤滑油會由于振動自動流出，均勻地涂抹在設備接觸面上，起到潤滑作用，通過潤滑油的自重，實現(xiàn)軸承的自潤滑，解決了在取料過程中需人工反復加油進行潤滑、增加工作人員工作量的問題。

圖1　取料頭儲油腔

采用滑輪滾動技術(shù)，在底軸與鎢鋼軸承的相對旋轉(zhuǎn)部位焊接有鎢鋼顆粒，其具有硬度高、耐磨、強度和韌性好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，同時也為取料頭的內(nèi)螺旋提供了徑向旋轉(zhuǎn)支撐，使之能更好的發(fā)揮功能，解決了在使用普通軸承耐磨性低、磨損強度大而造成使用壽命短的問題。

采用多層密封措施，將軸承座與底座之間放置有氈圈、機械密封、密封環(huán)三道密封圈，將其之間接口的縫隙完全密封，解決了由于接口密封差，導致液壓油外漏、增加了員工清洗強度的問題。

3　臨界轉(zhuǎn)速確定

垂直螺旋輸送機的輸送機理與水平螺旋輸送機的輸送機理不同，是依靠適當?shù)穆菪D(zhuǎn)速使物料產(chǎn)生足夠的離心力和因離心力而產(chǎn)生的與管壁之間的摩擦力。當螺旋以臨界轉(zhuǎn)速nk旋轉(zhuǎn)時，物料顆粒隨螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)，物料在離心力的作用下與管壁貼緊。管壁對物料顆粒上的法向支持力為Ft=mRωk2，故產(chǎn)生的摩擦力為Ftμt(μt為物料與管壁之間的摩擦系數(shù))尚不足以延緩物料顆粒的旋轉(zhuǎn)運動，此時物料與螺旋面之間無法形成相對運動而只能隨螺旋軸在原地旋轉(zhuǎn)，不能達到向上輸送的目的[3]。

如圖2(b)所示，物料顆粒在螺旋線處展開，臨界狀態(tài)下，物料沒有上升運動，物料受到來自管壁的摩擦力必是水平方向的，在螺旋線展開的平面上，物料處于如下幾種力的作用下達到極限平衡狀態(tài)：重力mg；螺旋作用于物料的法向作用力與摩擦力的合力Fs(Fs與法線方向偏轉(zhuǎn)一摩擦角φs)；管壁作用于物料的法向作用力Ft和摩擦力Ftμt等[4]。由圖2(c)的力多邊形可以得出：

圖2　極限情況下物料顆粒的受力

可得：

而轉(zhuǎn)速

故，臨界轉(zhuǎn)速為：

4　結(jié)語

現(xiàn)場的運行情況證明，所設計的螺旋卸船機的生產(chǎn)能力達到300t/h，，并且螺旋頭加油的工作量由以往1周1次延長到5～6周左右1次，日常維護的工作量大大降低,，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性和設備的使用可靠性。

[1]梅磊. 螺旋卻船機垂直輸送機理及試驗研究[D].武漢:武漢理工大學.2014: 7-8.

[2]陳天沛.L型螺旋卸船機垂直軸段中間支撐特性分析[D].武漢:武漢理工大學.2013: 16-17.

[3]梁庚煌.運輸機械手冊(第2冊)[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社,1983.

[4]蔣瓊珠.連續(xù)輸送機[M].北京: 人民交通出版社, 1986.

Design and Reconstruction of the 300 t/h Vertical Screw Type Conveyer

Sun Yuantao1Wu Dan2Pan Songsheng2Xia Hua2Zhang Qing1

1 School of Mechanical and Energy Engineering of Tongji University2 Wuxi Songda Heavy Machinery Co., Ltd.

Starting from the research on seal, lubrication and vertical transmission mechanism of the spiral feeding device, which is the core device in the vertical screw ship unloading machine, this paper mainly studied the structural improvement method of the spiral head, where the critical revolution speed was determined. From the field operation, it shows that the core component of bulk cargo equipment presents a better performance and reliability and needs less maintenance workload.

critical revolution speed; screw ship unloading machine; bulk cargo; abrasion; seal

2016-05-24

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.001

國家自然科學基金項目(C51205292)

孫遠韜： 200092，上海市嘉定區(qū)曹安公路4 800號

國家科技支撐計劃：(2015BAF06B00)

國家科技支撐項目：(2014BAF08B05)