螺旋輸送機斷裂原因分析及改進實踐

唐永亮

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

螺旋輸送機是一種連續的輸送設備［1］，與其它輸送設備相比較，具有結構簡單、工作可靠、易維護、制造成本低等優點。在冶金、電力、煤炭、糧食等需要輸送物料的行業應用廣泛。缺點是不宜輸送水分高、粘性大、硬度高的大塊物料，而且螺旋輸送設備易磨損，屬于易損備件，需定期進行更換。螺旋輸送機的工作原理是通過螺旋葉片做圓周運動來推動槽體內的物料前進的過程, 物料通過皮帶從進料口落入槽體, 再由螺旋葉片的推力作用,使物料從卸料端排出。

貴溪冶煉廠備料車間精礦預干燥工序螺旋輸送機，主要用于向回轉干燥窯內運送水分大于10%的銅精礦，是銅精礦物料預干燥系統中的“咽喉”設備。因為輸送物料水分高、顆粒大、雜物多，所以在構造上不同于一般的螺旋輸送設備，屬于非標產品。

2 基本概況

螺旋輸送機是銅精礦預干燥工藝的關鍵設備之一，共有2臺，其處理能力為100～130t/h。其工作是由帶有螺旋葉片的傳動軸在一半封閉弧形槽體內旋轉，使工作面的松散銅物料受到螺旋葉片法向推力的作用，其徑向分力和葉片對媒體的摩擦力［2］，由于物料的自重及對槽體的摩擦力和開放側物料的作用力的共同作用緣故，在葉片法向推力的軸向分力作用下，物料沿著槽體軸向移動，銅物料的輸出位置在螺旋的尾端。螺旋輸送機由變頻電機、聯軸器、減速機、萬向聯軸器、支持軸承座、槽體、槽體蓋板、螺旋總成、吊軸承座、水冷半環等部件組成，通過DCS控制系統的信號反饋，根據干燥回轉窯的干燥處理能力對輸送機進行變頻調速。螺旋輸送機工作過程中，是軸向運動和以心軸軸心圓的切線方向運動的合成運動，輸送量的大小取決于軸向速度［3］。水冷槽體傾斜安裝，與水平面呈33°，螺旋總成安裝在水冷槽體內，螺旋軸通過吊軸承座懸掛于水冷槽體蓋板上。驅動裝置水平安裝，通過萬向聯軸器傳遞動能。設備結構示意圖見圖1。

1、電機；2、聯軸器；3、減速機；4、萬向聯軸器；5、支撐軸承座；6、螺旋總成；7、槽體；8、吊軸承座；9、蓋板

2.1 螺旋槽體

螺旋輸送機槽體是為螺旋輸送銅物料的一種容器，總長5.35m，呈U形水冷式結構，由14mm的鋼板卷制焊接而成。分內外兩層，全密封焊接，內外層用筋板焊接相連，間距為90mm,內外夾層用于儲存冷卻水。為了便于銅精礦的輸送，螺旋運輸機槽體傾斜安裝，與水平面成33°斜角。槽體大部分安裝在熱風爐內，為了降低爐內高溫環境對槽體鋼板的影響，槽體通過循環水冷卻方式，保證槽體在高溫環境下鋼結構的性能完整。槽體尾端半圓形支撐座，用于支撐螺旋軸尾部錐軸。

2.2 螺旋總成

螺旋總成由連接軸、螺旋葉片、螺旋葉片軸、吊軸承座組成。螺旋直徑800mm,葉片厚度20mm,螺旋總長3479mm。為了降低螺旋總成的重量，連接軸與螺旋葉片軸選用厚壁鋼管制作，軸與軸以及軸與聯軸器裝配處則采用實心軸。螺旋裝配時，連接軸與螺旋葉片軸采用過渡配合，為了防止螺旋葉片軸在運行過程中松脫，在兩軸的裝配處加裝三個不同方向定位銷加以固定。整個螺旋軸通過安裝在連接軸上的兩個吊軸承座懸掛于槽體蓋板上。螺旋葉片表面堆焊硬質合金，并在負荷段加焊耐磨層，耐磨層采用碳化鎢焊條堆焊，增加螺旋葉片的耐磨性。

2.3 驅動裝置

驅動裝置由變頻電機、減速機和聯軸器組成。螺旋輸送機采用的變頻電機驅動能滿足車間生產中不同工況下的頻繁調速，又因其具有軟啟動功能，能有效改善輸送機螺旋啟動時的摩擦損傷。因螺旋與驅動裝置存在一定的夾角，萬向聯軸器利用其機構的特性，能夠使輸入輸出軸不在同一軸線上運轉，并能夠可靠傳遞轉矩和運動。

3 螺旋輸送機數據統計

3.1 螺旋輸送機螺旋預防檢修率

螺旋輸送機螺旋預防檢修率見表1。

表1 螺旋輸送機2014年-2018年9月預防檢修率

3.2 螺旋使用情況

螺旋使用情況見表2。

表2 螺旋輸送機2014年-2018年9月螺旋使用量

3.3 螺旋斷裂情況統計

螺旋斷裂情況統計見表3。

表3 螺旋輸送機2014年-2018年9月螺旋斷裂量

3.4 螺旋斷裂前的電流運行趨勢圖

螺旋輸送機斷裂后，通過對DCS控制系統運行電流歷史曲線分析，螺旋輸送機在斷裂前運行電流不正常，異常波動。正常運行過程中，螺旋輸送機的運行電流在22～27A中間波動。但螺旋斷裂前的電流波動最大近10A，從電流的運行異常分析出，此時的螺旋已經處于非正常運行狀況，螺旋有可能發生損傷。圖2是螺旋斷裂前90s內的電流趨勢圖。

圖2 螺旋輸送機運行電流趨勢圖

3.4 螺旋葉片的磨損的影響

螺旋輸送機的螺旋葉片寬度為160mm,厚度16mm。在運行過程中非常容易磨損，特別是在輸送水分含量低，物料偏干燥的情況下，磨損加劇。通過不斷的生產實踐，為了提高螺旋葉片的耐磨性能，加工過程中對螺旋葉片進行了改進。制造過程中，在螺旋葉片的邊緣上進行電弧耐磨堆焊的加工方法，能夠在短時間內更快地改變葉片表面的化學成分和結構，使得其耐磨性能更好［4］。螺旋葉片堆焊耐磨層能有效減緩葉片的磨損速度，但仍然不能避免葉片磨損給運輸機造成的負荷增加影響。螺旋葉片不斷磨損，槽體內積礦不斷增加，螺旋的推力相應減少，輸送能力呈逐漸下降趨勢。

4 螺旋輸送機斷裂原因分析

4.1 螺旋軸的制造加工缺陷

螺旋軸焊接要求不達標，會降低螺旋軸的負載能力。通過對螺旋斷裂的情況分析發現，螺旋斷裂處多位于螺旋連接軸與螺旋葉片軸的配合處（見圖3）。螺旋連接軸兩端裝配位置是實心軸，中間空心軸，空心軸鋼管壁厚16mm。實心軸與空心軸采用過渡配合，在配合端面打坡口焊接。根據設計要求，端面焊接深度應該達到管壁厚度的2/3，因此，焊接深度應該達到10mm左右。通過對斷裂螺旋斷裂面的測量，兩軸端面焊接深度約7mm,低于管壁的2/3厚度，焊接深度較淺，降低了螺旋軸的扭轉強度。

圖3 螺旋軸斷裂處圖

4.2 槽體積礦對螺旋的影響

螺旋輸送機槽體與螺旋葉片存在15mm的間隙，并且隨著螺旋葉片的磨損間隙越來越大，由于輸送的物料含水量高于10%，銅精礦落入槽體后受重力和螺旋葉片的擠壓，濕度大的銅物料就會堆積填滿空隙。堆積的銅精礦在高溫環境下變成硬結塊，使位于半環處的螺旋自由端抬高，導致螺旋運行負荷增大。

4.3 安裝時的中心誤差

由于螺旋總成長3479mm,且處于懸空狀態，頭部通過聯軸器與支撐軸承座連接，中間兩吊軸承座懸掛于槽體蓋板上，尾部半環支撐。因其工作范圍位于螺旋中后部，驅動側位于螺旋軸的頭部，因此，螺旋尾部在槽體半環處的支撐高度尤其重要。吊軸承座、半環、支撐軸承座的中心線應在同一水平線上。因其輸送距離長，通過聯軸器剛性連接的螺旋軸同軸度很難保證，經常會因為槽體的積礦的影響，使同軸度發生變化，在運轉時會產生額外的彎矩、剪力［5］。

4.4 物料中雜物量多

螺旋運輸機運送的銅精礦原料礦種復雜，有地方礦、進口礦、渣精礦等。不同礦種的水分含量不同，對螺旋的磨損也不同。各種礦物中的雜物對螺旋的正常運行造成很大影響。如包裝用的編制袋，硬度高的大塊雜物以及鐵質雜物。編織袋會纏繞在螺旋的半環上（見圖4），當纏繞量過多時就會破壞整個螺旋的中心，造成螺旋運行受阻，運行電流增大。大塊雜物和鐵質雜物落入槽體內則容易造成螺旋卡死或者螺旋斷裂。

4.5 送料端料量過大超出螺旋輸送能力

螺旋運行過程中，皮帶輸送量過大時，大量的物料注入螺旋輸送機槽體內, 沒有考慮螺旋葉片軸能夠承受的最大壓力, 一旦加入的物料非常多超出螺旋葉片軸所能承受的最大壓力就會使電機超負荷運行［6］，最終導致停機或螺旋軸變形彎曲現象。但日常的生產過程中，由于螺旋輸送的物料品種差異性大，水分的含量也不盡相同，各物料中所混入的雜物大塊或多或少，所以經常會存在料量控制不均勻的現象。

圖4 螺旋軸半環處編織袋纏繞圖

5 改進措施及建議

針對存在的問題，車間從以下幾方面進行了嘗試改進：

（1）加大對螺旋輸送機進口端銅精礦的除雜清理工作，減少雜物或大塊對螺旋的損傷。具體措施是在螺旋輸送機前道工序的皮帶上安裝犁式卸料器和電磁鐵，通過犁式卸料器阻斷精礦大塊的流入，電磁鐵能有效吸附銅物料中的鐵質雜物。

（2）加強備品備件的質量檢驗。及時與螺旋制造廠家溝通，督促嚴格按照設計要求焊接加工。并且對螺旋在使用過程中容易磨損的現象提出改進意見，廠家在螺旋的中后段葉片上增加耐磨層，改進耐磨材質，簡化耐磨層分布結構，通過優化耐磨層堆焊的工藝、堆焊的材料和堆焊的實施步驟等方面，進一步提高螺旋葉片的耐磨性能和使用壽命。

（3）嚴格執行螺旋輸送機的標準化檢修。定期清理螺旋槽體積礦和螺旋軸半環處的雜物。

（4）加強螺旋輸送機的現場點檢與維護，保持螺旋軸吊軸承座軸套的潤滑良好。實時監控電流運行情況，并根據螺旋輸送機運行電流波動趨勢圖對加料機實施計劃檢修。

6 結束語

螺旋輸送機作為備料車間預干燥工序的“咽喉”設備，其運行的效率直接影響著車間的生產和銅物料的干燥處理能力，進而影響工廠閃速爐的作業率。車間通過對螺旋非正常斷裂的原因分析，查找原因，提出改進措施，延長螺旋的使用壽命，提高螺旋輸送機的工作效率，實現了單根螺旋帶料量不斷突破。