螺旋输送机综合性能研究台架试验装置的设计

张自然　张闯　王波　万强

螺旋输送机是一种常用的不具有挠性牵引构件的连续输送机械，主要用于输送各种粉状，颗粒状和小块物料，因其结构简单，密封性能好，操作安全方便及成本低等优点，以及在某些生产作业过程中还能实现混合搅拌等工艺的处理，在国民经济生产中，它的应用已经遍及各个行业，如采矿、化工、建材、冶金、机械制造、轻纺织工业、粮食等，是工业生产和物料运输方面比较重要的机器设备，对于提高劳动生产效率，提高机器生产自动化能力都有重大现实意义。

从输送物料位移方向和角度来划分，螺旋输送机一般分为水平固定式，倾斜式和垂直式螺旋输送机三大类型。水平式和垂直式螺旋输送机由于实际应用中比较广泛，其设计制造和性能参数相关研究比较成熟，大倾角螺旋输送机的倾角主要是大于20°小于90°，同水平式的输送机工作原理差别较大，而国家标准规定里关于螺旋输送机所提供的内容只适用于水平和微倾斜（15°以下）螺旋输送机的设计计算，而对于大倾角螺旋输送机设计计算没有权威数据可供参考。

一、螺旋输送机主要设计参数及其选取

螺旋输送机的设计参数主要有输送量、螺旋轴转速、螺旋叶片直径、螺距、螺旋轴直径、填充系数、传动功率以及倾斜角度。由于倾斜角度是一个在设计完成后会影响到输送机的输送性能的参数，且它对其他的一些参数也会有影响，因此其影响的不确定性也很大，目前也没有可以供参考的权威数据。

螺旋输送机的倾斜角度对于螺旋输送机输送过程的生产率和功率消耗均有影响。螺旋输送机输送能力随着倾斜角度的增加而迅速降低，同时螺旋输送机布置时倾斜角度也影响物料的输送效果。

另外，倾斜角度的大小还会影响填充系数：倾斜角度越大，允许的填充系数越小，螺旋输送机的输送能力越低。

二、 国内外研究现状

在国内，关于螺旋输送机的研究比较多，但主要是研究水平或者是微倾斜的螺旋输送机。1977年4月，洛阳工业高等专科学校的赵红霞，刘建寿和李志荣等人从螺旋叶片结构尺寸出发，对输送机的螺旋叶片结构尺寸的优化问题做了深入研究，研究出螺旋叶片的结构尺寸对输送机的输送效率的影响，得到了螺旋输送机的输送功率的通用计算公式，但结果往往小于实际值。针对这个问题，武汉食品工业学院的庞美荣等人经研究分析提出了推荐计算公式，并将推荐计算公式和通用计算公式结合起来，得到的结果同实际值相符。

国外在20世纪中后期，对大倾角螺旋输送机的研究比较活跃。Robert等人对大倾角螺旋输送机进行了台架试验，对大倾角螺旋输送机的理论进行了丰富。目前，随着粉体力学及相关分析软件的不断发展，许多研究者用EDEM或FLUENT软件对大倾角螺旋输送机进行仿真模拟计算，但是由于缺乏实际的试验数据来验证，这些模拟计算结果的可靠性还待考证。

目前，关于水平或者微倾斜的螺旋输送机研究较多，也较成熟，而大倾角螺旋输送机的研究很少，也不全面。由此，我们设计如下台架试验装置，通过各种不同物料不同倾角的试验来验证倾角参数的影响。

三、自动化台架试验装置

如图1所示，这是一套专门用来研究螺旋输送机工作性能的试验台架，通过该台架可以完成大倾角螺旋输送机的性能试验研究。该试验台架可以针对不同的结构参数、工作性能参数、输送倾角以及不同的输送物料进行单因素或多因素的试验，通过研究，该试验台架应具有以下几个特点：

1.输送倾角可变：设计一个变倾角装置改变螺旋输送机的倾角，研究倾角对输送流量的影响。

2.螺旋转速可调：选用调速电机可方便改变螺旋轴转速，用来研究转速对输送流量的影响。

3.可测量物料瞬时流量：设计一个固体颗粒流量测量装置，准确测量出物料在出料口处的瞬时流量。

4.物料的可循环输送：能够方便的实现物料的循环利用，降低研究成本。

5.螺旋轴方便拆卸和更换：用来研究不同结构参数对输送性能的影响。

进行大倾角螺旋输送机的性能试验研究时，实验机架上安装好螺旋输送机，调试完成后开始实验。经过多次实验，获得大量准确的实验数据，并通过对数据的处理和研究，分析出在大倾角情况下，转速和倾角对输送流量的影响，为提高设备的输送效率，优化机器设备性能提供有效的数据依据。该装置还可以完成相关物料在大倾角螺旋输送机中的填充系数的测定和倾角系数的补充和完善，填补倾角大于20°倾角系数的空白。

四、结束语

上述螺旋输送机试验台架结构简单，操作方便，易于装卸，安全可靠，具有完善的数据测量及采集功能，研制完成后，可以用作各种不同大倾角螺旋输送机的试验研究平台。该平台可以为后续试验数据处理提供大量的原始数据，为研究设计参数的选取对输送性能的影响打下坚实的基础。

图1 螺旋输送机台架试验装置示意图

参考文献

[1]螺旋输送机 JB/T 7679—95.北京：机械工业部标准化研究所，1996.

[2]徐余伟.螺旋输送机设计参数的选择和确定.武汉理工大学，2008.

[3]张东海.螺旋输送机的优化研究.大连理工大学，2006.

[4]《运输机械设计选用手册》 化学工业出版社.1998.5.

[5]赵红霞 王淑珍.螺旋输送机螺距优化及效率研究.2004.12.31 37-39.