螺旋输送机设计的研究

吴锡赞

（广西壮族自治区农业机械研究院，广西 南宁 530000）

螺旋输送机又称绞龙，是矿产、建筑业中用途较广的输送设备，由钢材做成，用于输送温度较高的粉末或者固体颗粒等化工、建材用产品。螺旋输送机在许多行业得到广泛的应用，是工业生产和物料运输方面重要的机器设备，因此它的设计要有一定重视。

1 基本参数的确定

1.1 螺旋直径

初步计算

式中D—螺旋外径（m）；Q—输送能力（t/h）；Kz—物料综合特征系数；Kβ—倾斜输送系数；Kd—充满系数；γ—被输送物料的单位容积质量（t/m3）。

物料综合特性系数为经验值，一般情况下，根据物料的性质，可将物料分成四类：

（1）流动性好，质量较轻且无磨琢性物料。

（2）无磨琢性，但流动性较前一种差的物料。

（3）粒度尺寸及流动性同前一种接近，但磨琢性较大的物料。

（4）流动性差且磨琢性大的物料。

对草类原料的流动性及磨琢程度，要结合切草的尺寸、原料种类、温度、合格率、备料净化方式等因素进行改变，总的而言，属于轻度磨琢性或无磨琢性，此外，还是易堵塞、缠结以及流动性较差的物料。

螺旋输送机进行布置过程中，倾斜角度可能会对物料的输送效果产生一定影响，一般，对物料的输送能力随着倾斜角度增大而降低。倾斜角度的大小还会导致填充系数及螺距发生变化。

物料在料槽中的填充系数会对物料能量的消耗及物料的输送产生一定影响，如果物料靠近螺旋外侧，那么其轴向速度会较大，此外，靠近螺旋轴的物料圆周速度会比外层物料大，但是其轴向速度通常都比较小，因此，选择填充系数时，必须结合具体情况，一般应使填充系数在0.5以内。如以水平方式对草类原料进行布置时，应使填充系数为0.25～0.35，倾斜布置时，可把填充系数取小一点。物料堆积容重和原料的产地、切料长度、种类、净化方式及效果等因素有着非常密切的联系，因此设计时可把实际测定的数值作为参考。

1.2 螺距

螺距不仅决定着螺旋的升角，而且还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以，螺距的大小直接影响着物料的输送过程。最大螺距应满足下列两个条件：

式中：K1=d/D（d为轴径，D为螺旋外径）；u—螺旋面动摩擦系数；β—摩擦角（u=tgρ）。

物料在料槽内的运动速度、湿度、运动取向、大小、表面状态以及螺旋叶片材料都会对草类原料的摩擦系数产生一定影响，一般可按以下公式对螺距计算：

S=k.D

式中，如果S值增加，D值不变，表明输送能力得到提高，但是如果叶片升角及螺距过大，那么整个物料运动分布情况都会受到严重影响，此外，还会使制造更加困难。当k≈1.5时，其输送能力就会达到最大值，如果k值增大，那么其输送能力则会出现一定降低。使用标准的螺旋输送机作业时，通常取k值为0.8～1；如果水平布置，通常使k=0.8～1，如果输送物料的流动性较差或倾斜布置，则通常使k≤0.8。

1.3 轴径

轴径的大小会对螺距产生一定影响，这主要是因为二者对物料的滑移速度及方向的分布起着决定性作用，因此，对螺距和轴径之间的关系进行确定时，必须要结合物料和螺旋面的摩擦关系以及速度各分量的分布情况。

如果轴径较大，其就会使有效输送截面出现一定降低，因此，为了使有效输送截面更充分，就需加大结构，这样就会导致输送机结构比较粗大，而且重量也会有所增加，此外，还会使成本出现一定提高，因此，螺旋轴径和螺距之间的关系应是结构及输送功能之间的有效结合，此时需注意的是，必须使靠近叶片外侧的物料的轴向速度得到一定保证，一般而言，轴向速度比圆周速度大即可。

1.4 转速

由于这类螺旋输送机轴径较粗，所以在能力计算时，不能忽略轴径所占的截面。螺旋轴转速可按下式计算：

式中：n—螺旋轴转速（r/min）；S—螺距（m）；λ—螺旋叶片外径与槽体内壁最小间隙（m），一般λ为5～15mm。

螺旋转速加快，生产能力提高，但当转速超过一定极限值时，物料会因离心力过大而向外甩，以致无法输送，所以转速n不能超过某一极限值。

图1 轴装减速箱传动装置

图2 U型料槽

式中K1为物料特性系数。

如果计算得到的转速太高，则应对计算D、d轴、S值做适当调整。

1.5 传动功率

螺旋输送机传动总功率P包括物料运行需要功率PH，空载运转所需功率PN，以及由于倾斜而引起的附加功率Pst三部分。

式中：Q—生产能力（t/h）；L—输送距离（m）；H—倾斜高度（m）；D—螺旋外径（m）；λ—物料运行阻力系数。电机匹配功率N

式中：Kf—功率储备系数，一般取1.2～1.4；ηz—电机传动功率，一般取0.9。

对于连续运行系统中的螺旋输送机，应有足够的功率储备。

2 驱动装置

普通的GX型螺旋输送机多采用落地式电机减速箱传动装置，但这种结构占地多，安装场合受限制，对于制浆备料车间多层楼房结构不适合，国外制浆造纸行业多采用轴装式减速箱传动装置，如图1所示。这种减速箱直接安装在螺旋轴上，电机架在减速箱上面，采用皮带传动，通过调节电机座的高低即可调整皮带的松紧程度。由于采用了易装卸式皮带轮，更换皮带方便，如果想改变螺旋轴的转速，只需换皮带轮。这种减速箱装卸比较方便，连接可靠，接触良好，而且由于齿轮大多采用渐开线硬面齿，具有较大的承载能力，噪音低，这种传动结构适合各种角度安装的螺旋输送机，最适合连续蒸煮车间使用。

3 结构设计

3.1 槽体

图3 实心轴端与空心轴的焊接连接

标准的GX型螺旋输送机采用的通常都是U型槽体，其主要由钢板与角钢焊接而成，钢板通常较薄，这样对角钢的边框进行焊接的过程中，槽体通常会出现比较明显的变形现象，因此，如果制造条件允许，应选用钢板整体成型（如图3）。这样既能避免因焊接角钢边框而出现变形现象，又能保证槽体的刚性及表面质量。

3.2 止推轴承的位置

应把止推轴承布置在物料运送前方的一端，即卸料端，对于进料端，则应选用径向轴承，这样螺旋轴中各个部位所受到的就会是拉伸力，和轴向压缩相比，这样的作业条件更为有利。此外，还应把传动装置安装在进料端或卸料端，这样就可在一定程度上避免其因轴向推力而受到损坏。

3.3 螺旋轴实心轴端与空心轴的连接

对于输送草类原料的螺旋输送机，其空心轴和轴端应选用焊接结构（如图2），这样的结构表面比较光滑，既没有挂料的地方，又不会受到工作温度变化的影响，作业过程中，只要保证足够的焊点，即使不开焊，也能保证运转的有效性及可靠性。

3.4 传动皮带及皮带轮

在传动设计中，皮带轮通常会和电机输出轴及减速箱输入轴直接连接，对这样的结构进行装卸时，会有一定难度，且其对加工精度也有较高要求，因此，建议使用国外应用比较广泛的易装卸皮带轮。这样的皮带轮主要由带外锥的开口锥套和带锥孔的轮毂共同组成，锥套中开有一个缺口，通过锥套的外锥可对其内孔直径进行适当调节，这样即使轴径有一定误差，也不会对作业产生影响，从而可使加工成本及难度得到一定降低。另一方面，这样的皮带轮还具有装卸方便、联接可靠等优点，可把其广泛应用在专业化大批量生产中。对于皮带，应选用具有高强度的窄V带，这样的皮带截面上的高和宽之比为1.2：1，可使传动装置重量得到有效减轻。

结语

螺旋输送机是利用电机带动螺旋回转，推移物料以实现输送目的的机械，并以它优良的性能赢得了越来越多厂家的喜爱，在各行各业都得到了普遍的应用。因此，有关螺旋输送机的设计也随之被重视起来。本文针对螺旋输送机的设计进行了多次试验，相信对有关方面的设计起到一定的帮助。

[1]王联奎，侯建华.螺旋输送机传动装置设计[J].现代制造技术与装备，2007（01）.

[2]张自然，张闯，王波，万强.螺旋输送机综合性能研究台架试验装置的设计[J].中国化工贸易，2012（09）.