螺旋輸送機的設(shè)計

程韋武 龐蓮香 藍同平

（廣西博世科環(huán)保科技股份有限公司，南寧 530007）

1 螺旋輸送機的特點

螺旋輸送機是一種使用動力帶動一根螺旋狀的心軸旋轉(zhuǎn)，利用螺旋狀心軸旋轉(zhuǎn)時螺線會向前或向后推動的原理，用來帶動物料一起運動，實現(xiàn)物料的遠距離機械輸送。螺旋輸送機具有機械結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜、工作可靠穩(wěn)定、噪音小、維護成本低、便于加長輸送距離等優(yōu)點。在結(jié)構(gòu)布局上，它也非常靈活，一般為水平布置，也可以傾斜或者垂直布置，因此得到廣泛的應(yīng)用。螺旋輸送機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。從外形方面來看，其分為U型螺旋輸送機和管狀螺旋輸送機。

2 螺旋輸送機的組成

螺旋輸送機一般由電機、減速機、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)螺旋輸送機較長時將由多段殼體、多段螺旋軸組成，并且在中間會設(shè)置若干個吊軸承作支撐，一般設(shè)置吊軸承的間距為3～4m，也可以根據(jù)撓度設(shè)計計算確定設(shè)置間距，吊軸承應(yīng)盡量少設(shè)置，因為在吊軸承處容易發(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、空心管的兩端有實心的軸頭組焊而成，并且軸頭的材料一般都經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理。兩端的軸頭支承在前后兩端軸承座上，其中一端通過聯(lián)軸器和動力裝置連接，在動力裝置的驅(qū)動下螺旋軸作旋轉(zhuǎn)運動，被輸送物料從入料口進入螺旋輸送機，當(dāng)螺旋軸轉(zhuǎn)動時，由于螺旋軸的推力作用，物料沿著殼體向前推進，當(dāng)物料被推到卸料口時則排出。螺旋軸受到物料推進的反作用力，受力端裝有推力球軸承和調(diào)心球軸承各一個，另外一端則只需安裝調(diào)心球軸承一個。由于螺旋軸轉(zhuǎn)速過快的原因，有的物料會越過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去，也可以在端部增加一小段反向的螺旋葉片，還有一個行之有效的辦法就是降低螺旋軸的工作轉(zhuǎn)速。

圖1 螺旋輸送機的結(jié)構(gòu)

3 螺旋輸送機的設(shè)計計算

3.1 螺旋直徑、螺旋軸轉(zhuǎn)速、螺旋螺距的計算

3.1.1 螺旋直徑的計算

螺旋直徑的計算公式如式（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》（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c=1，螺旋輸送機軸線每傾斜1°時，降低0.02，如果必須要在中間支承處裝料時，降低0.1。

表1 物料種類與綜合特性系數(shù)之間的關(guān)系

按式（1）求得的螺旋直徑然后進行圓整，對于輸送流動性差的大塊形狀物料，螺旋直徑D至少應(yīng)為物料平均邊長的6倍，如果大塊的物料比例較少時，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)速的計算

螺旋軸的工作轉(zhuǎn)速影響輸送量的大小和選用電動機的功率大小，轉(zhuǎn)速在滿足輸送量的前提下不能過高，過高會造成功率的浪費，而物料也會因受到過大的離心力飛起揚塵，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)值使用插值法計算確定。

3.1.3 螺旋螺距的計算

螺旋螺距的計算公式如下：

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性較差時，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

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

計算所得的填充系數(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，計算公式如式（5）所示，最后要根據(jù)3.2校核最大撓度值來進行判斷。

3.2 撓度ymax的計算

螺旋輸送機的輸送距離一般都比較遠，螺旋軸較長時，兩個支承軸承的間距較大，這時螺旋軸會因為自重產(chǎn)生撓屈變形，變形的最大量參考簡支梁的計算方法。變形過大會因為下垂與外殼相碰，造成噪音和傳動功率的增加或是設(shè)備的損壞，影響正行運行，需要對螺旋軸的最大撓度ymax進行計算。

式中，ymax為撓度，mm；m為螺旋體自重，kg；L為兩個軸承中心距，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)動功率的計算

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

式中，P為螺旋輸送機軸所需的總功率，kW；PH為物料運行時所需的功率，kW；PN為空載運轉(zhuǎn)時的驅(qū)動功率，kW；Pst為傾斜功率，kW。

P螺旋輸送機軸所需的總功率為上述各個功率之和，代入式（7）可得：

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

4 螺旋葉片的加工方法

目前，國內(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)品用料薄時厚度為1.5～3mm，具有內(nèi)沿外沿厚度一致、塑變小的特點，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)來滿足需求，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，成型的過程中會發(fā)生擠壓，成型后，會出現(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)格型號不同，厚度會產(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 螺旋輸送機的防腐要求

螺旋輸送機上油漆之前應(yīng)進行表面處理，表面除塵除銹，表面質(zhì)量至少應(yīng)達到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB/T 8923.1-2011）中噴砂的Sa2.5或手工除銹的St3級的要求；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)達到《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》（GB/T 9286-1998）中的2級要求。

6 螺旋輸送機設(shè)計中要注意的幾個問題

一般螺旋輸送機的設(shè)計是從要求、條件等方面下手，算出一些理論值，再根據(jù)設(shè)計手冊選取標(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)對計算所得數(shù)值進行圓整，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)計出來后無法找到廠家配套的尷尬。

當(dāng)殼體使用管式結(jié)構(gòu)時，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，因為標(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，這樣能提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。