硫酸銅生產中LS型螺旋輸送機的改造

劉 磊

(江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪335424)

1 引言

新材料車間利用廠供粗結晶、黑銅泥、氧化銅皮等原料生產電鍍和農用級硫酸銅，年產硫酸銅產品近3萬t。各種物料先經過濕法酸浸，通過壓濾機壓濾后硫酸銅溶液進入濃縮槽濃縮，產出的硫酸銅結晶顆粒進入流化床干燥，干燥后的硫酸銅稱重打包后外運銷售。螺旋輸送機連接流化床與稱重打包機，在生產中起到十分重要的作用。

2 LS型螺旋輸送機簡介及工作原理

螺旋輸送機俗稱絞龍，LS型系列螺旋輸送機是一種利用螺旋葉片的旋轉，推動散料延著料槽向前運動的輸送設備，適宜于輸送粉狀，顆粒狀和小塊物料。

如圖1所示。硫酸銅結晶顆粒經過流化床干燥后，從螺旋輸送機的進料口進入，當螺旋旋轉時，硫酸銅受到螺旋葉片法向推力的作用。但是由于硫酸銅自身的重力和螺旋輸送機料筒對硫酸銅的摩擦阻力的原因，硫酸銅并沒有與螺旋葉片一起旋轉，而是沿著料筒軸向移動，從而將硫酸銅輸送至出料口［1-2］。

圖1 螺旋輸送機工作原理簡圖

3 存在的問題及分析

3.1 存在的問題

LS型螺旋輸送機在生產中也遇到了一些問題，主要表現為:

(1)螺旋輸送機在運行過程中，被夾雜在硫酸銅中的雜物卡死。

(2)螺旋輸送機輸送軸在運行中突然發生斷裂。

上述問題對硫酸銅的連續性生產造成很大影響，造成停產事故。

3.2 原因分析

為了解決這些問題，通過深入細致的分析，認為主要原因有:

(1)硫酸銅在生產過程中，濃縮槽和流化床中的螺栓螺帽等金屬緊固件易脫落，隨著硫酸銅產品進入螺旋輸送機中，造成螺旋輸送機的卡死。

(2)螺旋輸送機螺旋軸使用的是φ159×12mm的304中空厚壁管，外部焊接螺旋狀的葉片。螺旋軸長度為9070mm，中間沒有設置中間支撐軸承，螺旋軸在不斷的旋轉過程中，由于螺旋軸和物料的重力作用引起的撓度會逐漸增大。

長螺旋軸由材料力學方面分析:簡支梁結構［3］，如圖 2 所示 。

圖2 簡支梁結構

軸承支座反力 FA=qL/2，FB=qL/2

剪力F(x)=qL/2-qx(0＜x＜L)

彎矩M(x)=qLx-qx2/2(0＜x＜L)

撓曲線方程為W=-qx(L3-2Lx2+x3)/(24EIz)

中間部位(即x=L/2時)撓度最大Wmax=-5qL4/(384 EIz)

從撓曲線方程可以得出螺旋軸的長度對撓度影響最大，長度越大擾度就越大，也就是彎曲程度越大。這個問題在螺旋輸送機設備中普遍存在。這是由于螺旋軸一般采用兩端軸承支承結構。從上面的簡支梁結構圖可以看出，螺旋軸中間部位的擾度最大，隨著螺旋軸長度的增加，擾度成幾何倍數的增加，導致螺旋軸的中間部位彎曲變大。根據受力分析，螺旋軸在彎曲的中間部位上表面受到擠壓，下表面受到拉伸，而且還隨著軸的旋轉不斷交替變化。螺旋軸受到本身材質缺陷或者焊接加工等原因的影響，產生表面裂紋，在交變應力的作用下，裂紋擴展。當裂紋擴展至一度程度而導致中空軸的有效截面積不足以承受所傳遞的扭矩時，就會沿著最大剪切應力的作用面斷裂。通過上述分析得出，縮短螺旋軸的長度可以有效解決螺旋軸中間擾度過大造成的螺旋軸斷裂問題［4］。在一定的輸出扭矩作用下，短軸的彎矩小于長軸的彎矩，相同的材料短軸不易斷裂，抗彎曲強度和疲勞強度都有一定提高。

4 改造措施

針對上述問題，采取了兩個改進措施。

4.1 加裝過濾網

在螺旋輸送機進料口加裝過濾網，防止螺帽等雜物進入螺旋機，同時在過濾網前端設計快開門，以便清理過濾網上面的雜物，預防過濾網堵塞造成的積料現象的發生。

4.2 輸送軸的改造

為了減少由于主軸過長而造成的撓度較大的現象，將9.07m長的螺旋軸縮短至6.5m。螺旋軸軸體選用壁厚為14mm的無縫不銹鋼管，鋼管必須為一根整管，不允許拼接 ，并且在鋼管的兩端安裝軸承處都采用實心軸對螺旋軸進行加強。螺旋中空軸軸體及兩端實心軸的材質都是使用了316L材質制作［5］。除在螺旋軸的長度和材質改造之外，為了減小硫酸銅與螺旋主軸、葉片、外殼之間的摩擦力，防止螺旋葉片外緣磨損過快，在螺旋葉片和殼體之間設計合理的間隙，確保運行過程中螺旋軸旋轉時，葉片不與殼體擦碰。

頭部軸承采用進口兩組圓錐滾子軸承將實體軸對鎖，防止頭軸竄動，輸送機殼體在工作溫度下具有一定的熱膨脹量，尾部采用雙列調心球軸承，使軸承在密封的軸承座內可以自由滑動［6］。改造后的主軸結構見圖3。

圖3 改造后的螺旋軸示意圖

5 結束語

經過上述改進后，LS型螺旋輸送機已經平穩運行半年多，還未出現過螺旋軸卡死或斷裂的現象發生。不但生產穩定周期大大延長，而且節約了更換螺旋軸的成本，給工廠帶來了較好的經濟效益。

［1］周同利.螺旋輸送機長軸彎曲的改進設計［J］.通用機械，2007(11):72-74.

［2］勒兆文，潘傳九.PTA螺旋輸送機主軸斷裂事故分析及改造［J］.起重運輸機械，2007(10):87-89.

［3］單輝祖.材料力學教程［M］.北京:國防工業出版社，1999:118-124.

［4］秦大同.現代機械設備設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2010:226-227.

［5］成大先.機械設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2007:164-165.

［6］王鷹.連續輸送機械設計手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，2001:743-747.