螺旋輸送機的優化研究及改進

摘 要 螺旋輸送機在工業生產中使用廣泛，由于其設計參數比較多，在實際設計中就應該從具體項目函數以及條件出發進行設計以實現優化設計的目的。螺旋輸送機在工業生產中的地位不可忽視，其工作效率和性能直接影響著工業項目的質量。因此，優化和改進螺旋輸送機勢在必行。

關鍵詞 螺旋輸送機；優化研究；改進

中圖分類號：TH224 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0179-01

螺旋輸送機是工業中常用的連續輸送機械，螺旋輸送機是利用其螺旋體的旋轉運動實現輸送功能的，是現代化生產和物流運輸中不可缺少的一個設備，而且在國民經濟各個部門中也得到了廣泛使用，涉及到的行業領域眾多，例如，冶金、采礦、建材和碼頭等[1]。螺旋輸送機主要輸送大型貨物，諸如礦石和煤炭等等。在水泥業中，螺旋輸送機不僅承擔著輸送水泥原料的功能還能夠進行工藝處理，例如進行混合和攪拌等。這種輸送機設備的型號比較多，結構的差異也很大，加上其眾多設計參數中相互影響，使得其設計十分復雜和困難。如果設計和選擇不當，對于整個輸送機的工作效率和性能都有很大的影響。本文對優化研究和改進螺旋輸送機進行了分析。

1 螺旋輸送機的優化研究

隨著制造技術的發展，螺旋輸送機的應用更加的廣泛，工業對輸送機的性能要求也有所提高。傳統的設計已經無法滿足當前對螺旋輸送機的設計要求，因此，采用合理科學的設計方法優化螺旋輸送機很有必要。

螺旋輸送機的主要是由螺旋軸、螺旋片、機殼、軸承等零件構成[2]。

優化設計是指在一定的約束條件下滿足水要求，使用優化計算方法，合理的確定設計參數。優化設計的核心是在建立數學模型的基礎上選擇合適優化防范進行求解。在工程機械優化設計中，設備的體積、成本以及性能等等都是設計的目標，而優化設計的目的就是能夠使得這些設計參數達到最佳化使得設計目標最優化。通過優化設計不僅能夠提高設備的性能，而且還能夠提高其效率，減少制造的成本。因此，在機械工程中優化設計的地位不可小覷。

1.1 目標函數設計和約束條件

變量設計：螺旋輸送機的螺旋體的尺寸有以下幾種，空心軸外徑（D），內徑（d），螺旋葉片直徑（Dm），螺距（S）以及長度和葉片的厚度。

目標函數：在滿足輸送機的使用要求基礎上，要減少螺旋體的質量以實現節約材料和減少成本的目的，而且還要能夠方便移動設備。因而，最小質量的實現是目標函數，最大輸送功率是約束條件。以下是螺旋輸送機的約束條件。

功率限制條件：螺旋輸送機功率應該要低于電機的功率，也就是：

g1（x）：N0

其中N表示電機的額定功率，N0表示輸送機啟動動率。

剛度限制條件：輸送機的撓度應該低于許用值：

g1（x）：fmax<[f] （2）

式中的fmax表示螺旋輸送機的最大撓度，[f]表示最大的許用撓度。

轉速限制條件：為了避免機器的振動以及物料的破碎料，對于螺旋輸送機的轉速也要加以顯示：

g1（x）：<[n] （3）

其中n代表的是輸送機的轉速。

扭轉強度限制條件：螺旋輸送機空心軸應該承擔的剪應力要低于材料的最大應力：

g1（x）：tmax<[t] （4）

輸送效率限制條件：由于螺旋輸送效率較低，為減少其消耗既要對其輸送的效率加以限制。

g1（x）：h>[h] （5）

h表示輸送機輸送的功率，[h]表示其允許的最小輸送效率。

邊界條件限制：邊界條件限制包括空心軸內徑以及外徑，葉片長度和厚度等。對于這些邊界條件也要加以限制以實現輸送機功率的提高。

1.2 設計優化算法

復雜而多的螺旋輸送機參數使得常規設計中很難實現最佳值的搭配，為了保證其安全通常的設計準則都十分保守以至于質量在增加的同時也提高了成本。因而，可以根據數值迭代法建立目標函數以及約束條件進行求解。數值迭代法在螺旋輸送機中的使用能夠使得求解的難度降低且提高求解的效率。其基本步驟如下。

從某個初始點X沿著規定的方向d1以最佳的步長a1求得目標函數的極值，然后獲得一個新的設計點X1。X1=x+a1d1

再從新的設計點X2出發沿著規定的方向d2獲得新的最佳步長a2然后獲得第二個新的設計點X2。X2=X1+a2d2

重復以上的迭代過程就會得到公式X（k+1）=X（k）+a（k）d（K）。通過這個公式能夠計算出設計的最佳精度。

2 改進意見

為了避免螺旋輸送機中有結塊，在長時間的停機中要清楚穩流箱中的物料。其次，如果穩流段為圓管外殼時其長度上要留有檢修空間。另外，在改進輸送機穩流箱的上蓋時應該設計一料位計和傳動部分的聯鎖，避免物料滿后造成設備停機[3]。最后，如果箱內有加擋板，那么就要考慮傳動的動率是否能夠承受螺旋阻力。

3 結論

螺旋輸送機是利用其螺旋體的旋轉運動實現輸送功能的，是現代化生產和物流運輸中不可缺少的一個設備，而且在國民經濟各個部門中也得到了廣泛使用，螺旋輸送機在現代工業中的地位越來越受到重視。螺旋輸送機在工業生產中使用廣泛，由于其設計參數比較多，在實際設計中就應該從具體項目函數以及條件出發進行設計以實現優化設計的目的。螺旋輸送機在工業生產中的地位不可忽視，其工作效率和性能直接影響著工業項目的質量。因此，優化和改進螺旋輸送機勢在必行。結構簡單且管理方便的螺旋輸送機能較好的完成輸送工作，但是其也存在一定的不足，例如，容易導致物料破碎且消耗的功率較大。對此，本文針對這些問題提出了一些優化設計和改進方法。由于筆者能力有限，在研究中有不足之處還望加以指正。

參考文獻

[1]孟慶琳.盾構螺旋輸送機承壓輸送機理研究及控制中的應用[D].大連理工大學，2012.

[2]王鐵流，郭曉梅，張青娥，蔡楊.螺旋輸送機螺旋體的有限元分析與優化設計[J].煤礦機械，2012（12）：14-16.

[3]尹忠俊，孫潔，陳兵，張連萬.開式螺旋輸送機輸送機理分析與參數設計[J].礦山機械，2010（11）：66-71.

[4]張想.螺旋輸送機輸送機理分析[J].機械設計與制造2012（12）：55-61.

[5]王松.螺旋輸送機輸送機參數設計概要[J].制造業自動化，2011（07）：96-101.

作者簡介

石文斌（1985-），男，助理工程師，本科，研究方向：機械設計及其自動化。