螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)

程韋武 龐蓮香 藍(lán)同平

（廣西博世科環(huán)保科技股份有限公司，南寧 530007）

1 螺旋輸送機(jī)的特點(diǎn)

螺旋輸送機(jī)是一種使用動(dòng)力帶動(dòng)一根螺旋狀的心軸旋轉(zhuǎn)，利用螺旋狀心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)螺線會(huì)向前或向后推動(dòng)的原理，用來(lái)帶動(dòng)物料一起運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料的遠(yuǎn)距離機(jī)械輸送。螺旋輸送機(jī)具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜、工作可靠穩(wěn)定、噪音小、維護(hù)成本低、便于加長(zhǎng)輸送距離等優(yōu)點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)布局上，它也非常靈活，一般為水平布置，也可以?xún)A斜或者垂直布置，因此得到廣泛的應(yīng)用。螺旋輸送機(jī)一般用于較小塊狀的物料、顆粒狀的物料以及黏性較低的干粉物料，如爐渣、干河砂、散煤、石灰、水稻、小麥、玉米粉等。從外形方面來(lái)看，其分為U型螺旋輸送機(jī)和管狀螺旋輸送機(jī)。

2 螺旋輸送機(jī)的組成

螺旋輸送機(jī)一般由電機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器、前端支座、中間支座、尾端支座、殼體、入料口、卸料口、螺旋軸組成，當(dāng)螺旋輸送機(jī)較長(zhǎng)時(shí)將由多段殼體、多段螺旋軸組成，并且在中間會(huì)設(shè)置若干個(gè)吊軸承作支撐，一般設(shè)置吊軸承的間距為3～4m，也可以根據(jù)撓度設(shè)計(jì)計(jì)算確定設(shè)置間距，吊軸承應(yīng)盡量少設(shè)置，因?yàn)樵诘踺S承處容易發(fā)生物料阻塞現(xiàn)象。殼體一般選用厚度不小于4mm鋼板或是鋼管制成。螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

螺旋軸的結(jié)構(gòu)一般為焊接結(jié)構(gòu)，由空心管外焊有鋼板制成的螺旋帶、空心管的兩端有實(shí)心的軸頭組焊而成，并且軸頭的材料一般都經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理。兩端的軸頭支承在前后兩端軸承座上，其中一端通過(guò)聯(lián)軸器和動(dòng)力裝置連接，在動(dòng)力裝置的驅(qū)動(dòng)下螺旋軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被輸送物料從入料口進(jìn)入螺旋輸送機(jī)，當(dāng)螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于螺旋軸的推力作用，物料沿著殼體向前推進(jìn)，當(dāng)物料被推到卸料口時(shí)則排出。螺旋軸受到物料推進(jìn)的反作用力，受力端裝有推力球軸承和調(diào)心球軸承各一個(gè)，另外一端則只需安裝調(diào)心球軸承一個(gè)。由于螺旋軸轉(zhuǎn)速過(guò)快的原因，有的物料會(huì)越過(guò)卸料口而堆積在端部，為了解決這一現(xiàn)象，通常在卸料口處的螺旋軸上靠近端部的一側(cè)加上圓形擋板使物料不能越過(guò)去，也可以在端部增加一小段反向的螺旋葉片，還有一個(gè)行之有效的辦法就是降低螺旋軸的工作轉(zhuǎn)速。

圖1 螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)

3 螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 螺旋直徑、螺旋軸轉(zhuǎn)速、螺旋螺距的計(jì)算

3.1.1 螺旋直徑的計(jì)算

螺旋直徑的計(jì)算公式如式（1）所示。

式中，D為螺旋直徑，mm；K為物料綜合特性系數(shù)，查表1可得；Im為質(zhì)量輸送量，t/h，設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)工作需要確定；φ為填充系數(shù)，根據(jù)不同物料選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)值，查《螺旋輸送機(jī)》（JB/T 7679-2008）中表A.2可得；ρ為物料堆積密度，t/m3；c為傾角系數(shù)，水平布置時(shí)c=1，螺旋輸送機(jī)軸線每?jī)A斜1°時(shí)，降低0.02，如果必須要在中間支承處裝料時(shí)，降低0.1。

表1 物料種類(lèi)與綜合特性系數(shù)之間的關(guān)系

按式（1）求得的螺旋直徑然后進(jìn)行圓整，對(duì)于輸送流動(dòng)性差的大塊形狀物料，螺旋直徑D至少應(yīng)為物料平均邊長(zhǎng)的6倍，如果大塊的物料比例較少時(shí)，也可選用較小一些的螺旋直徑。推薦選取比較接近的標(biāo)準(zhǔn)螺旋直徑，標(biāo)準(zhǔn)螺旋直徑數(shù)值如表2所示。

3.1.2 螺旋軸工作轉(zhuǎn)速的計(jì)算

螺旋軸的工作轉(zhuǎn)速影響輸送量的大小和選用電動(dòng)機(jī)的功率大小，轉(zhuǎn)速在滿(mǎn)足輸送量的前提下不能過(guò)高，過(guò)高會(huì)造成功率的浪費(fèi)，而物料也會(huì)因受到過(guò)大的離心力飛起揚(yáng)塵，產(chǎn)生很大的噪音，污染工作環(huán)境。所以，螺旋軸的工作轉(zhuǎn)速n不能超過(guò)極限轉(zhuǎn)速nj，不同的物料適合的工作轉(zhuǎn)速不一樣，螺旋軸的轉(zhuǎn)速應(yīng)綜合物料特性來(lái)確定。

表2 標(biāo)準(zhǔn)螺旋直徑數(shù)值

式中，n為螺旋軸轉(zhuǎn)速，r/min；nj為螺旋軸的極限轉(zhuǎn)速，r/min；A為物料綜合特性的系數(shù)，查表1可得；D為螺旋直徑，m。

按式（2）計(jì)算然后選擇合適的轉(zhuǎn)速，也可以根據(jù)表2選用推薦的轉(zhuǎn)速數(shù)值，但應(yīng)小于極限轉(zhuǎn)速。對(duì)于不是選擇標(biāo)準(zhǔn)直徑的螺旋直徑，轉(zhuǎn)速可以按表2數(shù)值使用插值法計(jì)算確定。

3.1.3 螺旋螺距的計(jì)算

螺旋螺距的計(jì)算公式如下：

式中，S為螺旋螺距；K1為物料綜合特性系數(shù)，通常取值為0.8～1.0，當(dāng)傾斜布置或輸送物料流動(dòng)性較差時(shí)，K1≤0.8；D為螺旋直徑，螺旋螺距也可以參照表2推薦的數(shù)值。

3.1.4 填充系數(shù)的校驗(yàn)

螺旋直徑D、轉(zhuǎn)速n、螺旋螺距S確定后，必須進(jìn)行φ填充系數(shù)的校驗(yàn)。

計(jì)算所得的填充系數(shù)應(yīng)不大于前面選擇的數(shù)值。

3.1.5 螺旋軸心軸直徑的計(jì)算

螺旋軸心軸直徑的大小與螺旋軸的剛度有關(guān)，也與輸送量有關(guān)，一般先按螺旋直徑初步確定心軸的直徑，計(jì)算公式如式（5）所示，最后要根據(jù)3.2校核最大撓度值來(lái)進(jìn)行判斷。

3.2 撓度ymax的計(jì)算

螺旋輸送機(jī)的輸送距離一般都比較遠(yuǎn)，螺旋軸較長(zhǎng)時(shí)，兩個(gè)支承軸承的間距較大，這時(shí)螺旋軸會(huì)因?yàn)樽灾禺a(chǎn)生撓屈變形，變形的最大量參考簡(jiǎn)支梁的計(jì)算方法。變形過(guò)大會(huì)因?yàn)橄麓古c外殼相碰，造成噪音和傳動(dòng)功率的增加或是設(shè)備的損壞，影響正行運(yùn)行，需要對(duì)螺旋軸的最大撓度ymax進(jìn)行計(jì)算。

式中，ymax為撓度，mm；m為螺旋體自重，kg；L為兩個(gè)軸承中心距，cm；E為材料彈性模數(shù)， N/cm2；I為心軸截面慣性距，cm4。

計(jì)算出撓度后，撓度應(yīng)小于螺旋體外徑距殼體內(nèi)壁的距離，推薦撓度不能大于螺旋名義間隙的50%，這樣就不會(huì)產(chǎn)生卡阻現(xiàn)象。不同螺旋直徑的名義間隙數(shù)值如表3所示。

3.3 驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算

隨著輸送螺旋的轉(zhuǎn)運(yùn)和物料向前的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了若干反抗運(yùn)動(dòng)的阻力，其由下列阻力組成：物料運(yùn)行阻力、空載運(yùn)轉(zhuǎn)阻力和傾斜阻力。這就是螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置為了克服摩擦、傾斜以及物料在裝料產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)而必須克服的所有阻力。所以，螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算公式為：

式中，P為螺旋輸送機(jī)軸所需的總功率，kW；PH為物料運(yùn)行時(shí)所需的功率，kW；PN為空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的驅(qū)動(dòng)功率，kW；Pst為傾斜功率，kW。

P螺旋輸送機(jī)軸所需的總功率為上述各個(gè)功率之和，代入式（7）可得：

式中，Im為質(zhì)量輸送量，t/h；L為螺旋輸送機(jī)長(zhǎng)度，m；λ為運(yùn)行阻力系數(shù)，查《螺旋輸送機(jī)》（JB/T 7679-2008）中表A.2可得；D為螺旋公稱(chēng)直徑，m；H為提升高度，m。

4 螺旋葉片的加工方法

目前，國(guó)內(nèi)制造螺旋葉片的方法有單件沖壓焊接成型、碾制成型、冷軋成型、拉伸成型等方法，其中碾制成型的產(chǎn)品用料薄時(shí)厚度為1.5～3mm，具有內(nèi)沿外沿厚度一致、塑變小的特點(diǎn)，在節(jié)約能源方面有很大的潛力。6mm厚度以上的葉片可采用冷軋技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足需求，冷軋的葉片屬于單片，具有等厚的條件。連軋葉片屬于碾制成型，成型的過(guò)程中會(huì)發(fā)生擠壓，成型后，會(huì)出現(xiàn)由內(nèi)邊緣向外邊緣慢慢變薄的情況，5mm板做成型后，內(nèi)邊緣5mm，外邊緣3mm。3.5mm板做成型后，內(nèi)邊緣3.5mm，外邊緣2mm。由于規(guī)格型號(hào)不同，厚度會(huì)產(chǎn)生不同的變化。螺旋葉片常用的材質(zhì)有碳鋼、45#耐磨鋼（硬度比碳鋼高）不銹鋼304、16錳、不銹鐵201等。

表3 不同螺旋直徑的名義間隙數(shù)值

5 螺旋輸送機(jī)的防腐要求

螺旋輸送機(jī)上油漆之前應(yīng)進(jìn)行表面處理，表面除塵除銹，表面質(zhì)量至少應(yīng)達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》（GB/T 8923.1-2011）中噴砂的Sa2.5或手工除銹的St3級(jí)的要求；涂漆部件應(yīng)涂底漆一層，面漆兩層。漆膜總厚度為50～100μm，漆膜附著力應(yīng)達(dá)到《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》（GB/T 9286-1998）中的2級(jí)要求。

6 螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)中要注意的幾個(gè)問(wèn)題

一般螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)是從要求、條件等方面下手，算出一些理論值，再根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)選取標(biāo)準(zhǔn)值，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值從中選出最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)，如果不采用標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)對(duì)計(jì)算所得數(shù)值進(jìn)行圓整，其他配件應(yīng)盡量取標(biāo)準(zhǔn)值。

選擇螺旋參數(shù)時(shí)如果不選標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)與配套廠家聯(lián)系，確定廠家現(xiàn)有螺旋規(guī)格或是廠家能夠生產(chǎn)何種規(guī)格再做選擇，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)出來(lái)后無(wú)法找到廠家配套的尷尬。

當(dāng)殼體使用管式結(jié)構(gòu)時(shí)，不推薦使用卷制成型的尺寸，最好使用標(biāo)準(zhǔn)的鋼管尺寸，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)鋼管的尺寸精度和圓度都比較高，并且比卷制更為經(jīng)濟(jì)，這樣能提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。