螺旋输送

2024-10-24

螺旋输送（精选8篇）

螺旋输送篇1

一、无吊挂轴承输送机的设计方案的提出

传统螺旋输送机之所以不能抛弃吊挂轴承, 无非就是旋转轴轴距过长时, 在自重的作用下 (也有一部分物料分布在输送轴上和螺旋叶片的斜面上) , 必然发生弯曲变形即挠曲。为了保持旋转轴的有效刚度, 使叶片各个部位与输送机机壳的距离保持一致, 从而保证输送机旋转叶片不翘曲、不刮底的正常工作, 于是大家首选了简单的吊挂轴承, 也因此造成了上述不足之处。

为了避免使用中间吊挂轴承, 在保持原输送距离不变的情况下, 改进设计方案, 采用两级输送的方法。

以上从理论上分析了该方案的可行性, 该方案由以下具体的优点:

a.省去了吊挂轴承的设计, 安装过程以及日后因吊挂轴承磨损、停顿导致的输送机主要的维修工作, 这无形中提高了输送机的生产效率。

b.从根本上解决了螺旋叶片不连续而带来的物料拥堵、停顿现象。

c.由于没有了吊挂轴承, 避免了因吊挂轴承的存在而占用的通流空间, 从而使输送机通流截面达到理论准确尺寸, 生产能力达到理论能力。用户选型、购买时, 也不用适当加大规格了, “小车”也就不用“大马”来拉了。

二、外置式轴承的设计方案的提出

硫酸铵为固状微小颗粒, 在螺旋输送机的运输工作过程当中, 硫酸铵颗粒甚至可以进入螺旋轴的两个支撑端———滚动轴承里, 加重了两个滚动轴承的磨损, 严重地阻碍了滚动轴承的正常转动, 甚至造成停顿现象, 况且对滚动轴承的损坏进行维修和更换的难度是相当大的。为了解决这一问题, 这里提出了外置轴承的方案, 即是把用于支撑螺旋轴的两个滚动轴承从料槽脱离出来, 固定于料槽的两端外部, 避免其与物料颗粒接触, 防止滚动轴承受到腐蚀或磨损。螺旋输送机在输送物料的时候, 输送物料作用力的反作用力使得螺旋轴有一个轴向的微小运动, 所以轴承配置通常是一端固定, 一端游动, 以适应轴的热胀冷缩, 保证轴承游动方式, 因此可选用内圈或外圈无挡边的轴承, 另一种是在内圈与轴或者外圈与轴承孔之间采用间隙配合。所以本设计在螺旋轴的两端使用角接触球轴承。

三、螺旋输送机驱动装置的设计

通常螺旋输送机输送装置一般采用的是标准的圆柱齿轮减速器, 因此减速器体积庞大, 占用的立体空间也很大, 给产品的运输和安装带来了不少的麻烦。为了解决上述问题, 本设计的驱动装置中采用一级蜗杆减速器。

由于改进的螺旋输送设备采用了分级输送的结构, 所以考虑动力传递的问题, 在驱动装置中增加了传动比大约为1:1的带轮传动。在忽略啮合效率的情况下, 两级输送的输送量在相等的时间内应该是相等的。不过为了防止第二级输送入口处的堵塞, 本设计的带轮传动比并不是1:1, 第二级输送的输送量要比第一级稍快, 这样不但解决了原来物料容易堵塞堆积甚至烧毁电动机的问题, 而且也在一定程度上提高了输送效率。

电机与减速器之间的动力传递距离较短, 即轴的长度较小, 对中性好, 因此采用了刚性联轴器———弹性圆柱式联轴器, 这种联轴器具有构造简单, 成本低廉的优点。而减速器与皮带传动装置的距离相对较远, 轴的长度较大, 对中性不好, 故采用具有补偿能力的浮动联轴器 (即十字滑块联轴器) 。这样可以补偿安装和运转时两轴之间的偏移。在第二级输送装置中, 带轮轴与动力传递轴之间距离较远, 易产生两轴的角度偏差, 同轴度较低, 故使用允许两轴间有较大夹角的十字轴式万向联轴器。

摘要：设计对已在各大化工厂中广泛应用的螺旋输送机进行结构优化改进, 对螺旋输送机传统的结构设计方法提出新的见解, 以满足化工行业中对有腐蚀性的化学物料进行输送的任务, 达到密封的长距离的连续输送的要求。

关键词：螺旋输送机,改造,轴承,腐蚀

参考文献

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[3]任文斗, 张兴辉.运输机械设计选用手册[M].北京:化学工业出版社出版, 1999.333-395.

螺旋输送篇2

六十年代型螺旋输送机（螺旋直径：φ150mm～φ600mm，六种规格）已广泛用于工业生产中，八十年代在GX机型的基础上，结合国外相应机型及标准修改设计LS系列机型（螺旋直径：φ100mm～φ1250mm，十一种规格），广泛用于运输散体颗粒的机械中。LS型和GX型相比较，具有以下特点： 1)驱动上结构紧凑。采用TSDY减速电动机直联驱动（或Y系列电动机加ALY减速机～ZSY直联驱动）代替电动机借弹性联轴器传到JZQ减速机传递动力的方案。

2)LS机型密封性好。图1所示为LS型螺旋输送机总图。

头尾轴承座与螺旋机机壳脱离，保持S距离有利于防尘降温。为了有效防尘，在端面轴承支座6上设置填料箱8，内部旋转石棉盘根，外用压盖压实，能有效阻止粉尘外逸。（GX机型，没有S距离，不利输送高温物料）。

LS机型是新一代螺旋机的机型，90年代随着水泥工业蓬勃发展，先后有近万台非专业机械工厂生产LS型螺旋机为水泥行业生产服务。由于非专业机械工厂生产设施不完善，在生产、技术、标准及验收细则等方面未能形成行业性规范，使用效果不够理想，产品使用寿命短。例如简化防锈工序使设备提前生锈、锈蚀；简化热处理工序使运动件不耐磨需提前更换；主要机件机械加工精度低、配套协作件不规范，造成整机使用故障多。2.使用情况及故障分析

1）螺旋机端头卸料段堵塞。长距离输送物料的螺旋轴，制造厂未设计有反向螺旋片（如图1所示5左旋螺旋片），当运输过量物料时，物料逐步挤压而积料，造成螺旋轴挤死不转，或卸料口积料。这种情况新机工作不易发现，当机组工作数月，余料积压多了就暴露出故障。2）机壳两端法兰联接处密封性差。图1所示端面轴承支座6原是铸铁材料，接触端面经机械加工，支座平整、刚性好；现普遍采用钢板焊接制造，端面接触面不进行机械加工，直接与机壳法兰7连接靠软质垫料垫入支座和法兰间维持密封，由于钢板薄、刚度差，钢板端面不加工，长期输送物料不能维持密封效果。

3）悬挂吊轴承使用寿命短、故障多。LS机型有二种结构形式的吊轴承，图2所示为吊轴承装配结构图。

左图：滚动轴承8000系列结构，输送物料温度在80℃以下。右图：滑动轴承座结构，输送物料温度在200℃以下。左图和右图二种吊轴承结构型式的共同特点是：一是吊轴承体中均设置油路通道，由上方注入润滑油，用润滑剂来维持轴承正常工作；二是左图的吊轴承用简易盖压紧填料来密封的，右图是用迷宫式轴承盖来解决吊轴承的密封问题。由于螺旋输送机输送物料时在吊轴承处物料受阻，易形成物料滞溜，图1所示1为吊轴承前物料滞溜示意。只要吊轴承体结构中轴与套间存在运动间隙，物料粉尘（因物料运输中损伤和破碎）就会被挤入轴承体内造成密封失效，从而润滑失效，最后导致轴承损坏。（当有润滑的情况下，轴承使用时间较长。）受吊轴承L尺寸（如图1所示）的限制，在有效的空间中，无法根治机械密封的问题。笔者认为：应摆脱吊轴承靠供油润滑的设计模式，采用无润滑剂能正常工作的轴与套的材料副，用干摩擦运动的机理设计无润滑的吊轴承体能最大限度减小吊轴承体的空间尺寸，减少物料运输阻力，减少物料滞溜；研究吊轴承的抗磨减磨材料，解决三体磨损的材料匹配问题（吊轴与轴套和二园柱面间滑行输送物料的粉尘，组成三体磨损），根据输送物料不同，选择最佳匹配的干摩擦运动副材料。

4）悬挂吊轴承轴左右联接法兰的螺栓易断及原因分析。

虽然法兰螺栓4是在螺旋轴与吊轴承体中起连接作用的零件，但在使用中经常发生断裂。其原因为（1）螺栓强度低。螺栓应用高强度螺栓的标准来生产制造，生产厂不能用普通螺栓代用，必须保证螺栓材质的强度与硬度要求。（2）联接螺栓承受扭矩。

图3所示B尺寸的公差，即法兰上矩形槽宽B的尺寸公差和制造精度要合理控制，不能使槽宽配合间隙过大，使螺栓承受扭矩。并控制螺栓直径、法兰盘中孔的尺寸公差、形位公差以及两者的配合精度。

5）螺旋轴法兰与管轴无缝钢管联接处脱焊。螺旋机是功率消耗大的输送机械，它的功率传递中实际上依靠一圈角焊缝来传递动力。制造中必须控制焊条质量和焊接工艺质量，使管轴5与法兰2能可靠焊合（图3所示）。6）螺旋叶片磨损快。

LS系列螺旋叶片统一采用Q235钢板，用δ=4mm～10mm钢板制造实体叶片，但在输送硬磨料时螺旋叶片磨损很快，应采用45#钢板制造叶片，经热处理使表面硬化，提高叶片耐磨性。

3.改进思路

1）LS型螺旋机现行产品标准与结构尺寸应进一步完善。例如同一机型除主要性能参数外，应从用户使用出发，对机壳、叶片、头尾轴承型号及金属板厚度作出限制和规范，提高机组使用寿命。

2）应根据输送不同物料来配置螺旋叶片材料和相应热处理工艺规范，克服叶片磨损问题，现行LS型螺旋叶片用Q235钢板不能满足多种输送材料的要求。

3）应研制新型悬挂吊轴承体结构，研究三体磨损中干摩擦材料的摩擦副匹配及生产工艺的问题。轴承材料用高铬铸铁等耐磨材料，或者用粉末冶金减磨材料。

螺旋输送篇3

螺旋输送装置是粗饲料收获、加工及处理过程中不可缺少的设备之一,提高螺旋输送装置的生产能力、降低功耗是设计者和使用者的追求。北欧国家秸秆输送装置的发展已成熟,丹麦的秸秆输送技术最为先进,其设计出的产品在欧洲国家得到广泛的应用[1],但是理论分析方面的报道尚不多见。在我国螺旋输送装置作为农业工程领域散装固体物料的喂料设备,输送和提升已有百年历史,但作为农业纤维物料的输送装置刚刚引起人们的关注。

目前,螺旋输送装置实际应用过程中存在生产率低、功耗大等问题。影响螺旋输送装置生产能力和功耗的因素除了其本身的结构参数之外还与喂入量和螺旋转速有直接关联。喂入量是指单位时间内喂入螺旋输送装置内的物料量。对于农业粗饲料( 本文选用的是揉碎后的玉米秸秆) 来讲,柔软、蓬松、尺寸形状不规则、各向异性的柔性体,国内外研究未能解决该类特殊性质物料的均匀、连续喂料,无法控制喂入量,从而影响输送性能。因此,有必要对影响螺旋输送装置输送性能的主要因素: 喂入量和转速进行试验研究,以期得到较为适宜的喂入量和转速,从而提高输送性能。

1 材料与方法

1. 1 试验装置

试验装置是螺旋输送装置试验台,输送长度2 500mm、螺旋叶片直径为250mm、中心轴直径60mm、螺距为250mm、螺旋叶片与机壳之间的间隙5 ~ 8mm。

螺旋输送装置试验台的构成如图1所示。其主要由电机、联轴器、转速扭矩测量仪、联轴器、调速电机、储料斗、螺旋箱体、螺旋轴和机架等组成。

1 . 电机 2 . 联轴器 3 . 转速扭矩测量仪 4 . 联轴器 5 . 调速电机 6 . 储料斗 7 . 螺旋箱体 8 . 螺旋轴

在电机的带动下,螺旋旋转,物料由进料槽进入机壳内,在自身的重力和螺旋叶片的推力下不断克服物料之间在的摩擦力和物料与槽壁之间的摩擦力,产生相对位移。

1. 2 试验物料

试验物料是经过9R - 40型揉碎机揉碎后的玉米秸秆,长度小于180mm,宽度2 ~ 8mm,含水率72. 24% 。

1. 3 主要设备仪器

JN338型智能数字式转矩转矩测量仪、CNT800 -4T0075G多功能全数字式变频器、120W单项调速直流电机、秒表以及电子秤。

2 试验结果分析

以往对螺旋输送装置输送性能的研究中发现,生产率高、功耗低、输送稳定是理想状况[2]。一些学者通过理论分析找出了影响螺旋输送装置输送性能的主要因素。其中,螺旋的转速和喂入量影响很大; 但该结论未得到试验验证,没有找出影响规律。在此背景下,本文在前人的研究基础上,通过试验研究螺旋输送装置螺旋转速和喂入量对输送量和功耗的影响规律。

2. 1 螺旋转速对输送性能的影响试验

预试验发现,螺旋转速对输送量的影响较大。通过相关文献得知,输送量随转速加快而增大,但是当螺旋转速大于某一临界值时物料会产生垂直于输送方向的跳跃翻滚及被搅拌,不会被轴向推进,从而输送量降低,功耗增大[3,4,5]。

由图2可以看出,螺旋输送装置的输送量不是随着螺旋转速而无限增大,当转速达到102r /min时输送量达到最大值3. 24t /h,转速再高输送量降低。其原因是喂入量不变的情况下转速越高,物料在螺旋槽内主要是以绕轴运动为主,如图3所示。

由图4可知,螺旋输送装置的功耗随转速增大而增大。通过试验研究发现,转速高,槽内的物料翻滚、互相挤压、搅拌,导致功耗增大。当填充率高时,物料在离心力的作用下被抛出料槽,影响正常输送。因此,满足生产率的情况下转速不宜过高。

2. 2 喂入量对输送性能的影响试验

粗饲料( 本研究选用的揉碎玉米秸秆) 是属于形状不规则、柔软、蓬松、各向异性的柔性体群,输送时存在喂料不均匀、不连续等问题,影响输送性能。针对上述问题,本文研究了辅助喂料器,通过试验验证该装置能满足揉碎玉米秸秆的均匀连续喂料。

2. 2. 1 辅助喂料器的设计

本文设计的辅助喂料器如图5所示。主要由支架、电机架、120W单项直流调速电机、弹性联轴器、轴承、喂料斗、挡板、弹齿及旋转轴组成。

1 . 支架 2 . 电机架 3 . 120 W 单项直流调速电机 4 . 弹性联轴器 5 . 轴承 6 . 喂料斗 7 . 挡板 8 . 弹齿 9 . 旋转轴

在实际应用中,螺旋输送装置所输送的揉碎玉米秸秆含水率一般0 ~ 75% 。通过预试验得到钢板与水平面夹角等于45°时,斜面上的含水率为75% 的玉米秸秆匀速下滑,因此选择辅助喂料器的一面做成倾角为45°的斜面,其它3个面做成垂直于水平面。工作时,用调速器控制电机的转速,在电机的带动下旋转轴旋转,固定在旋转轴上的弹齿随之旋转; 物料从喂料斗的斜面与挡板围成的喂入口喂入,物料在喂料斗的斜面上匀速下滑,弹齿旋转把物料喂入螺旋输送装置内。通过挡板的升降,调整喂入口的大小,控制喂入量,同时避免过多的物料喂入喂料斗中,导致弹齿卡死。

2. 2. 2 辅助喂料器喂入量的标定

选择含水率为72. 24% 的揉碎玉米秸秆,其在不同的电机转速下的喂入量,如表1所示。

2. 2. 3 试验研究

螺旋输送装置的喂入量和填充率是成正比的,对于非球形柔性体物料来讲无法准确控制填充率; 但是通过使用辅助喂料器能实现喂入量的控制,进而达到一定的填充率。

螺旋输送装置的螺旋转速70r /min时,测定不同喂入量下输送装置的输送量和功耗。从图6可知,螺旋输送装置的输送量随着喂入量的增加而增大。但是在实际应用过程中能满足输送要求的情况下喂入量不宜过大。输送装置螺旋转速不变的情况下,当喂入量取大值时填充率增大,物料的轴向前进速度减小; 而周向运动加剧,附加物料流逐渐增多,并产生翻滚。当喂入量无限增大,会导致物料在槽内堵塞,卡死,如图7所示。

从图8可以看出,螺旋输送装置的功耗随着喂入量的增加而增大。其原因是: 随着喂入量的增大,螺旋输送装置的填充率增加,当填充率接近于1时每个螺距空间都被物料填满,在螺旋叶片的推力作用下物料群互相挤压并被搅拌、挤碎,物料间的内摩擦力变大。同时物料被挤压到叶片和槽壁间的间隙里,部分物料翻过叶片塌落在前一个螺距中,从而螺旋输送装置的功耗急剧增大,如图9所示。

3 结论

1) 螺旋输送装置的转速越高,功耗越大。但是转速与输送量不是成正比,转速102r /min时输送量最大,转速大于102 /min时输送量随之减少。

2) 设计了辅助喂料器。通过试验研究得出: 随着喂入量的增大,螺旋输送装置的输送量和功耗均为增大。因此,满足生产需求的情况下,转速和喂入量不宜过高。

参考文献

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螺旋输送机的故障分析及改造篇4

关键词：螺旋输送机,故障分析,维护改造

1螺旋输送机原理及结构特点

螺旋输送机的工作原理就好比一个螺母在一根不做轴向移动的螺杆上旋转移动, 轴旋转运动过程中, 料槽内旋转的螺旋叶片会推动物料的移动, 将物料从进料口送入槽体, 再沿螺旋被送至另一端, 从卸料口排出。螺旋输送机结构主要包括驱动装置电机、减速机、物料溜槽、螺旋轴、螺旋轴上附带的螺旋叶片、两端支撑、进料口、卸料口及检查口。螺旋输送机结构简单、易于密封, 且采用变频器控制运行, 粉料落差相对较小, 可以提高加料控制的精度与计量精度;具有较大的可调范围, 耐磨损性能好, 运行成本低, 因此, 在混凝土搅拌站有着广泛的应用。

2螺旋输送机常见故障分析

在螺旋输送机运行过程中, 常见故障有以下4种:

2.1 螺旋轴停止旋转

导致螺旋轴停转的主要原因可能有以下3种情况:①输送物料量太多, 导致其在通过中间的吊轴承时受到较大阻力, 加大了电机的负荷最终停机;②可能是由于中间轴承处密封被损坏, 受到过大阻力, 物料进入轴承后损坏轴承。③可能是由于输送过程中掺有大粒径的物料, 加大了物料与机槽间的运行阻力, 增加电机运转负荷, 电机热继电器启动自动保护。

2.2 减速机轴承异常升温、异常噪声以及异常振动

在开车后减速机轴承出现异常升温, 伴有异常噪声, 而且电机和减速机也出现异常的振动现象。可能是以下几点原因导致该问题:①减速机输入轴位置正常, 但是输出轴位置的轴承温度过高, 这是由于螺旋轴中心线可能出现走偏, 或者减速机输出轴位置的轴承被烧毁, 也有可能是由于两端轴承座固定不牢, 发生松动。②也有可能输出轴承温度正常, 但是输入轴温度升高, 主要是因为电机固定螺栓出现松动, 或者减速机输出轴承被烧坏。③减速机输出轴承、输入轴承温度同时升高, 主要是由于减速机两端的轴承被同时损坏, 或者减速机固定螺栓松动。

2.3 螺杆断裂

对于无杆式螺旋输送机而言, 由于其结构中缺少中心杆对螺杆的支撑与定位, 所以在螺旋角的作用下, 一旦叶片的某个螺旋面受到荷载, 就会将螺旋角的作用力分解为两个方向的两个力, 一是沿着轴心方向, 另外一个则是与叶片半径互相垂直的方向。在这两个方向不同力的作用下, 螺旋叶片会出现两个结果, 一种是被轴向拉长, 直径变小;另外一种就是压缩叶片螺距, 直径变大。在受到钢筒内壁的约束作用后, 这种弹性变形会沿着轴向逐节传递, 直至传递至传动套前端。如果运行过程中, 螺旋输送机所输送的物料质量均匀, 比如石灰等, 则可以保证叶片各处受力均匀, 从而保证螺杆正常的使用寿命。反之, 如果螺旋输送机所输送的物料粒径较大, 甚至存在大块状物, 则会卡出螺杆。如果为了排除故障反复正转、反转, 则会导致螺旋叶片反复受较大冲击力, 特别是传动套所约束的前端螺杆, 所受到的冲击力最大, 达到疲劳极限后, 就会从转动套前端开始出现断裂。

2.4 其它故障

螺旋输送机其他故障包括:①开式齿轮传动异常噪声。导致开式齿轮传动出现异常噪声的主要原因可能是由于传动装置或者支架出现松动、偏移, 影响到传动齿轮的间距, 或者首、末端的轴承出现偏移、松动等情况影响到传动齿轮的间距等。②法兰焊口扭裂。主要原因是由于产生了异常扭矩, 导致联结法兰焊接失效。③空芯联结轴出现裂缝。主要是由于长期运行磨损降低抗据强度, 最终出现裂缝等。

3螺旋输送机故障预防及改造

针对螺旋输送机的常见故障, 可以采取以下预防措施。

3.1 改善螺栓的联结强度

影响螺栓联结强度的主要因素包括螺纹牙的载荷分布、应力变化幅度、材料的机械性能、应力的集中程度及附加应力等。通过大量的实践、理论可以证明, 紧螺栓连接受到轴向载荷, 基于最小应力不变条件下, 连结的可靠性与应力幅有着密切的关系, 应力幅越小, 螺栓发生疲劳损坏的可能性就越小, 从而提高连结的可靠性。由于螺栓连结时, 会通过螺纹牙面相接触传递其所受的总拉力。由于螺栓、螺母的刚度, 变形性质不同, 所以圈螺纹牙上的受力也存在差异。当连结受到荷载会拉伸螺栓, 增加外螺纹的螺距;相应的螺母受到压缩则会减少内螺纹螺距。因此, 要选择适当圈数的螺母。

3.2 提高部件质量与强度

在螺旋输送机结构中, 对螺旋叶片间距与导向角度有着严格的要求, 如果相邻叶片之间间距、导向角度存在较大误差,

则设备在运行过程中会出现加大摆动幅度和振动幅度的现象, 从而影响到叶片的可靠性与安全性。此外, 螺旋输送机运行过程中通常物料比较多, 运行时间长, 所以对螺旋叶片的损害也比较大, 从而出现扭曲、变形、磨损等问题。针对这种情况, 要从源头开始, 提高螺旋叶片的质量, 严格控制各叶片之间的尺寸误差, 提高焊缝的密实性与可靠性;防止存在夹渣或气孔等问题;此外, 还要进一步保证螺旋轴与传动轴的强度。

3.3 保证安装质量

对于螺旋输送机而言, 无论采用哪种连结方法, 均要保证螺旋安装位置的精度, 防止出现法兰焊口扭裂等问题。完成设备安装后要进行接线调试, 保证螺旋转向的正确性, 不得存在声音异常的问题, 且要保证气动蝶阀动作的灵活性与可靠性。进行试运转后要对电机、减速机、轴承温升等相关指标、参数进行检查, 保证一切正常再开启手动螺旋料仓闸门, 逐渐加料, 直至螺旋平稳运转。在螺旋输送机运行过程中, 要对物料质量进行严格控制, 防止过大粒径物料被送入输送机, 将驱动装置作为重点维护项目。

3.4 螺旋输送机的日常保养

具体而言, 螺旋输送机的日常保养工作重点有以下几个方面:①定期检测螺旋叶片的质量, 及时排除异常磨损、螺旋轴变形等问题, 一旦发现这类问题要及时更换;定期检查连结件, 发现松动要进行紧固;如果设备运行过程中出现诸如发热、噪声等问题, 则要及时排除, 对螺旋或溜槽进行修整或维护。②做好头尾轴承箱的润滑工作, 可以每个月定期加注锂基润滑脂, 注入量为轴承箱内空间的2/3;间隔3～5个, 把吊轴承、吊轴同时浸泡在融化的润滑脂中, 待其与润滑脂同时冷却后再重新组装。③要做好减速机的保养工作。针对滚动轴承, 可以采用钙钠基润滑脂, 如果螺旋输送机运行频率高, 最好间隔三个月更换一次润滑脂, 或者根据设备实际的运行情况做适当的延长或缩短;对减速机内的油量进行定期检查;做好维修计划, 半年一小修、2年一大修, 其中小修的主要项目包括:更换润滑油, 对传动齿轮的状况、滚动轴承处的密封等进行检查;大修主要项目除上述小修内容, 还要对全部零件进行拆卸开来进行检查, 发现问题要及时修理或更换, 针对传动齿轮如果出现下列问题之一, 则要进行报废更换:裂纹、齿面点蚀为噬合面的1/3、第一级噬合齿轮磨损至原齿厚的1/10等。

参考文献

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螺旋输送篇5

1887年,美国出现了第一台螺旋输送装置;此后,由于粮食、化工、冶金、码头等多种行业的需求,不断完善,逐渐研制出了多种系列的螺旋输送装置。该装置输送过程中能完成揉搓、压缩、搅拌、混合等处理[1,2],在实际生产过程中还能实现变频调速和准确控制输送量[3],是污泥、栅渣等的专用设备,同时也是喂料或卸料专用装置。

随着螺旋输送装置在多个行业中应用的普及,对其性能要求也越来越高。适用性强、可靠性高、节能环保、效率高、功耗低等特点已成为今后螺旋输送装置发展的主要方向。目前,国际上对螺旋输送装置的研究基本集中在应用先进的方法和计算机技术对传统装置进行理论分析并改进设计、对结构和参数进行优化、进一步修正经验公式、研发新产品及其用新的控制技术等。

1 国内外螺旋输送装置的发展状况

1.1 国外螺旋输送装置的发展状况

1.1.1 理论分析方面

国外螺旋输送装置适用于多种流动性好的物料的中短距离的输送和提升,通常用来输送散装物料和干燥的固体颗粒,并能准确地控制输送量。有很多学者通过对水平和垂直螺旋输送装置的输送过程进行理论分析,对输送性能进行评估,并找出了影响因素及其因素之间的关系。其中,Chris Rorres等人研究了机器本身的结构参数对输送性能的影响[4,5,6];Philip J.OWEN,Paul W.CLEARY等人研究了输送对象的特性对输送性能的影响[7,8]。但是,设计过程中对螺旋输送装置的理论分析不够完善,对一些参数的计算仍根据经验公式来确定,导致机器在输送过程中出现生产率低、功耗大等问题。

1.1.2 设计制造方面

国外研制的螺旋输送装置除了常规结构以外也根据不同的应用场合设计出的特种结构型:锥形直径螺旋、锥形轴及变螺距螺旋和锥形轴变螺距螺旋等。这些螺旋输送器由于结构复杂、制造成本高、功耗大,所以不适应生产需求,没有被广泛的应用,需要进一步完善。

除了以上提及的螺旋输送装置以外,把不同规格的水平螺旋输送机和垂直螺旋输送机组合起来形成一个卸船机系统。在国外,很早以前就开始对螺旋卸船机进行了研究,其中技术领先的公司有瑞典的Siwertell和Carlsen公司、意大利的VAM公司以及法国的IBAV公司,单机卸船能力都能达到1 000t/h以上,其中Siwertell公司研发的螺旋卸船机卸船能力达到了2 700t/h。

1.1.3 仿真研究方面

根据现有的文献得知,国外对螺旋输送装置的性能分析方面主要集中在利用虚拟样机技术对机器进行动态监控及可视化研究。

20世纪70年代Cundall开发了离散单元法(DEM),能准确模拟仿真颗粒在系统内部的运动情况[9,10]。在输送领域中,Gr9ger首次利用DEM法分析了管道输送装置的输送性能[11]。随后,Yoshiyuki Shimizu,Philip J.OWEN等人前后利用DEM法对不同形状的散粒物料在不同状态下的螺旋输送机内的运动情况进行模拟仿真,并把得出的结论与试验值和经验值比较,结果表明他们所采取的方法是可行的[12,13]。Jigar Patel等通过分析DEM法在螺旋输送机输送过程仿真方面的研究现状,并提出了建议:未来有限元法能代替离散单元法实现物料在输送机内运动整个过程的动态观察及分析[14]。

1.2 国内螺旋输送装置的研究状况

1.2.1 结构参数和螺旋叶片形状方面

由于我国螺旋输送装置被广泛应用于多种行业,其结构参数和叶片的形状种类较多。从结构参数方面来讲,有变速、变螺距、变外壳直径、变轴径、大倾角、可伸缩等螺旋输送装置[15]。除此之外,有无轴螺旋输送装置,适用于污泥、垃圾处理,也适合输送农作物秸秆等粗饲料。但是由于造价成本高,以及受到结构参数方面的影响没有被广泛推广应用。很多学者针对不同结构参数的输送装置进行了大量的研究,结果表明,合理设计和改进其结构参数对解决实际应用过程中的堵塞、效率低、功耗大、寿命短等问题都具有现实意义。

对于螺旋输送装置堵塞问题,很多学者做过多方面的研究。通常是因为螺旋叶片和壳体的间隙小,被输送物料的流动性差或者输送长度大于5m时所用吊轴承所导致。针对以上实际问题,李学哲对小直径的螺旋输送机堵塞原因进行了分析,并提出了改进措施[16]。通过试验,证明改进后的输送机完全能避免堵塞。

对于输送装置易磨损、效率低、功耗大、寿命短等问题,学者们通过理论分析与试验研究找出了原因,并提出改进措施。杨志勇等通过分析指出螺旋输送机在使用过程中常因叶片、螺旋端头和吊轴承的严重磨损而导致输送效率降低甚至报废等情况[17]。马晓录为了减小快速螺旋输送机螺旋叶片和机筒间的摩擦,对其间隙进行了研究,给出了两者之间间隙的设计及计算公式,指出了方便有效的方法,经过试验证明结果合理可靠[18]。商兴国分析其工作原理及固体材料和螺旋输送机叶片的磨损机理,并通过试验得出了叶片的磨损规律[19]。

国内常见螺旋面可分为4种类型:实体螺旋、带式螺旋、浆状叶片和齿状叶片,根据所输送物料的种类和物理特性来选定。其中,应用最广的是实体螺旋,它具有结构简单、生产率高的优点,适合输送干燥的粉状、粒状以及有粘附性的物料;带式螺旋多用于块状、较大颗粒状和稍带粘性的物料,输送的物料较为均匀,也可用在两种物料的混合上;浆状叶片适用于输送易被挤压成块和潮湿发粘的物料,输送过程中对物料具有强烈的松散、搅拌作用;齿形螺旋适合输送腐蚀性强、粘性大的物料,同时也有松散和搅动作用[20]。

1.2.2 设计理论研究方面

我国很多学者针对各种水平和垂直螺旋输送装置的各个参数进行过大量的试验研究,结果表明各种机型基本上能满足输送要求。但同时指出,随着螺旋输送装置在各行业中应用的拓展,对其性能要求也越来越高,因此完善设计理论分析,并深入研究其工作性能,对于有效地解决实际应用过程中遇到的问题,提高劳动生产率,实现输送机械化和自动化都具有现实意义。

根据文献得知,多数研究主要集中在对螺旋输送装置的输送机理进行理论分析并给出计算方法,对螺旋轴进行设计和校核以及寿命预测,对于螺旋叶片的设计,外密封装置的研制,制造材料的应用分析,传动装置的设计及驱动电机的选择等方面做了研究,并给出了计算公式[21,22,23,24,25,26,27,28,29]。但是,对于传统的设计理论和设计方法而言,过程繁琐且精度低,未能避免实际应用过程遇到的生产率低、功耗大等关键问题。

随着计算机技术的发展,有学者开始利用先进的虚拟样机技术对输送装置进行选型和设计,并对其进行有限元分析。其中,屈少敏利用Solid Works软件具有的系列零件的设计表配置和驱动功能实现了碾米机上螺旋输送器零件模型的快速创建,克服了传统设计方法繁琐,降低了人为造成的偏差,提高了精度和设计效率[30]。胡树林等对煤矿螺旋输送机的主要参数进行了设计,并用ANSYS软件对其关键部件进行有限元分析,结果表明该设计能满足实际要求[31]。李英通过分析垂直螺旋输送机内物料的运动和受力情况,以其最佳输送状态理论为基础,得出了最佳转速和最大输送效率的计算理论,并在Visual C++60平台下开发了快速设计计算垂直螺旋输送机的界面。通过实际应用证明:该用户界面使用方便,能满足快速客户化的生产模式要求[32]。郭维城等设计出了一种秸秆物料专用垂直螺旋输送机,利用Solid Works软件对其进行建模优化,它结构简单、操作安全方便、截面积小、造价成本低,能完全满足实际需求[33]。

国内对螺旋输送装置的产品介绍很多,并在多种秸秆类粗饲料的输送和喂入场合使用,如联合收割机、压块机和膨化机上都设计到;但是对输送过程的理论分析文章尚不多见。黄石茂通过分析纤维物料输送过程中堵塞的原因,并对影响因素进料口的几何形状进行了改进设计,减少了堵塞,提高了输送能力[34]。螺旋输送机由于结构简单、占地面积小、安装灵活及密封性好等优点,在粗饲料加工过程中被受广泛的应用。白晓虎等研制出了秸秆螺旋输送装置,并对其工作性能进行了试验研究。实验结果表明:其可满足不同粒度和含水率的秸秆物料的喂料要求[35]。

国内很多学者对现有的产品基础上做大量的改进设计,同时提出了对新型产品(如弯曲母线螺旋面、变螺距、变直径等螺旋输送装置)开发利用的展望。也有学者研发了新产品,杨丽珍研发出了一种输送过程中伴有密封及高压要求的新型高压密封螺旋输送机[36]。

1.2.3 优化研究方面

随着螺旋输送装置在各行业中应用的扩大,对其性能要求也越来越高。目前,在实际应用过程中仍存在功耗大、生产率低等的问题,解决这些问题的方法就是利用先进的手段对输送过程进行动态监控及对机构性能进行优化设计。

螺旋输送过程的动态监控方面,一些学者做过这方面的研究工作。其中,太原科技大学的学者们针对垂直螺旋输送装置的研究较多,并且得到了一定的科研成果。孟文俊等对垂直螺旋输送机内散体物料的分布情况进行分析,表明机器内散体物料可视为非牛顿流体,利用FLUENT软件对垂直螺旋输送机输送过程进行模拟仿真,得到物料在其内运动的密度分布规律[37];同时指出,用以上的原理可以计算出垂直螺旋输送机内任意位置的物料的分布情况。李海燕在颗粒仿真软件(EDEM)内建立被输送散体颗粒的实体模型,并用离散单元法(DEM)进行了模拟仿真垂直螺旋输送装置的性能参数对输送性能的影响情况,同时也分析了散体颗粒在机器内的流动状态[38]。程敬爱等从宏观和微观上分析散体的流动性能,建立特定型号:LS1000垂直螺旋输送机的实体模型,采用EDEM软件对其不同表面摩擦因数的散体在不同转速的立式螺旋输送机内的流态进行仿真,得到了散体速度矢量图[39]。

优化研究方面,螺旋输送装置的参数多,确定时复杂又繁琐,常规的设计很难得到其最佳匹配的值。因此,学者们利用虚拟样机技术对螺旋输送装置的结构参数进行计算机仿真并优化研究。赵红霞等对螺旋输送机进行了合理简化,找出效率最优时的螺距计算理论模型,利用摩擦理论推导出效率优化公式;选用了适当的数学手段,计算出了输送机在效率优化后的螺距,并对其进行数据处理;利用MATLAB最小二乘法拟合出输送效率最优时螺距的通用计算公式[40]。舒服华以质量最轻和传动效率最大为双优化目标,建立螺旋输送机的优化模型,利用蚁群算法进行了优化求解[41]。结果表明,在满足螺旋输送机使用性能的前提下,有效地降低了机器的质量,并提高了输送效率。徐展等也用以上两个参数为目标函数,建立了螺旋输送机的多目标优化模型,利用粒子群算法编程来求解数学模型,并用遗传算法进行优化和求解。结果表明,机器的质量减少了8.2%,输送效率也提高了4.5%[42]。螺旋输送机的设计优化应根据具体的工程实际建立目标函数和约束条件,有学者指出应用遗传算法对其进行求解才能更准确地达到优化目的。张东海利用遗传优化算法建立参数化的螺旋输送机优化数学模型,并对其进行参数化设计和优化,利用改进后的遗传算法得到了能解决实际问题及对螺旋输送机设计有参考价值的可行的优化结果。

2 存在的问题

2.1 理论研究不够系统、完善

对螺旋输送装置在工作过程中生产率低、功耗大等主要问题的理论研究不够系统、深入,没有把两者结合起来考虑,作为对螺旋输送装置总体分析和优化的对象。

没有从系统角度出发对螺旋输送装置的各个性能参数之间的最佳匹配关系和输送对象的各个特征参数对输送性能的影响进行相关研究。

2.2 产品的适应性差、可靠性不高

螺旋输送装置在输送过程中受输送对象特性的影响,在同一个行业内输送不同特征参数的物质时其结构参数也是多样的均为不成系列,缺乏适应性强的输送装置,其各种部件及易损坏件之间不能互换。

工作过程中主要磨损部位为螺旋端头、叶片和吊轴承。这些部件一旦发生故障将影响整个输送工作,因此可靠性是进一步提高工作效率的关键。目前有学者对该问题进行理论分析并提出了相应的对策,但没能从根本上有效的解决实际应用过程中遇到的磨损失效问题。

2.3 缺乏粗饲料输送过程的理论分析与研究

螺旋输送装置已成为秸秆类粗饲料收集、储存、加工工程中的必要设备,但是输送过程中存在严重的堵塞、翻滚等现象导致输送装置的生产率低功耗大等问题。国内外对粗饲料螺旋输送装置的研究研究极少,制约了螺旋输送装置在粗饲料行业中的发展。

3 发展趋势

螺旋输送机磨损失效分析及其对策篇6

螺旋输送机因其占地面积小、运输效率高、操作方便等特点,广泛用于食品、工矿、饲料、制药、化工等企业,主要用来运输各类粉状或颗粒状物料。螺旋输送机所处工作环境一般较恶劣,且所运输物料粒度不均衡,常具有腐蚀性,如果螺旋输送机密封件性能不好,经常会导致部分零部件严重磨损,运输故障频发,降低了螺旋输送机的使用寿命。故有必要对螺旋输送机磨损机理进行研究分析,以期降低其故障率,提高其运输效率及使用寿命。

1 螺旋输送机磨损机理

调研发现,螺旋输送机的主要磨损部位为螺旋叶片、吊轴承和螺旋端头等。分析认为决定其磨损程度及磨损形式的除了有环境、温度、物料材质等自然因素外,更多的是螺旋输送机部件结构因素及人为因素。

1.1 叶片磨损

螺旋输送机是靠转动的螺旋叶片推动物料前进而达到运输的目的。螺旋输送机叶片磨损程度与物料粒径、形状及材质密切相关,螺旋输送机运输物料多为细颗粒状,常具有腐蚀性,对螺旋叶片造成很大的冲击摩擦及化学腐蚀。

采用三坐标观测仪对旋转的叶轮进行周期性测量,了解其磨损部位及磨损程度。本文所测螺旋输送机的叶片直径为250 mm,厚度为3.24 mm,螺距为250mm。所得测量结果如图1所示。

由图1可知,螺旋输送机叶片磨损的存在有别于普通接触磨损,即螺旋输送机的叶片磨损主要分布在叶片边缘,离叶轮内缘越远,其磨损程度越严重。在螺旋输送机输送物料时,叶片挤压物料,叶片受力相当于等截面输送机变载荷作用于悬臂梁上,离传动轴越远,受力越大,变形量也越大,产生空洞形成裂纹的数量也越多,从而使得叶片磨损量越大,因此,外边缘磨损远远大于内边缘磨损[1]。由图1还可看出,出料口叶轮磨损大于进料口叶轮磨损,说明物料在螺旋输送机出口处对叶轮冲击滑移摩擦力更大,靠近出口处叶轮所受轴向力变大,故出料口处叶轮磨损程度较进料口严重。

1.2 吊轴承磨损

吊轴承在螺旋输送机中起着支承和连接两相邻螺旋体的作用,按轴承类型可分为滚动吊轴承和滑动吊轴承两种。螺旋输送机吊轴承示意图如图2所示。由于吊轴承所处工作环境恶劣,是发生故障率较高的部件之一。长期以来,设计人员对其进行了不少改进,以期延长其使用寿命。

由于所输送物料温度、粒度、硬度等多方面因素的持续作用,导致吊轴承座密封盖处油封失效或因吊轴承本身密封性能不好,细粒物料及各种粉尘进入轴承套,使联接轴与轴承套结合处磨损。经长时间运行,螺旋输送机同轴度累计误差增大,吊轴承磨损更加严重。吊轴承的磨损引起各联轴节产生径向位移,其结果直接导致螺旋轴交变应力加大,呈波浪状摆动,使螺旋构件产生疲劳破坏。

1.3 螺旋磨损

螺旋输送机的螺旋节因用吊轴承联接,在悬挂处螺旋被中断,造成大量物料在此堆积,对螺旋产生摩擦作用,使螺旋磨蚀严重,其增加了螺旋输送机运行阻力,最终影响运输作业。对磨损的螺旋进行周期性测量发现,螺旋不同位置径向的磨损速度并不相同,螺旋两端径向尺寸变化最大,其减少量明显大于螺旋其他部位。

螺旋输送机两端一般采用滚动轴承支承,将轴承座固定在端板上或壳体中。由于螺旋与机槽之间存在10 mm~15 mm的间隙,螺旋力作用不到,粗粒级、材质坚硬的物料在此大量堆积,使得螺旋在输送物料的同时承受很大的径向摩擦力,经过长时间的摩擦,导致螺旋直径严重磨损。而且由于轴承密封性及润滑性难以保障,螺旋输送机输送的粗粒级物料及粉尘对密封装置进行持续摩擦侵蚀,造成密封失效,最终也能造成螺旋轴头的磨损。

2 控制螺旋输送机磨损的对策

螺旋输送机叶片、吊轴承、螺旋磨损机理各不相同,因此,应针对其具体磨损原因采取不同的措施对螺旋输送机进行改良。

2.1 叶片磨损

由叶片磨损机理可知,叶片边缘磨损较严重,因此可以考虑增加叶片边缘的耐磨性或改变材质增强整个叶片的耐磨性。其具体措施较多,如叶片渗碳、表面喷涂耐磨层、叶片边缘焊接耐磨焊条、堆焊耐磨层等。表面喷涂耐磨层可使叶片寿命明显提高,但工艺复杂,需要专业厂家进行实施。现今螺旋输送机叶片多采用碳钢材质,有些碳钢质量差,耐磨性低,在使用过程中磨损严重,在叶片边缘实施堆焊耐磨层可以增强其耐磨性,且操作简单、成本较低,可使叶片使用寿命明显提高。采用高强度钢板或新型高强度合金体也是螺旋输送机叶片以后改良发展的方向。

2.2 吊轴承磨损

改变吊轴承支撑方式,改滑动支承为滚动支撑,把连接轴设计成光轴,只让它起到连接螺旋轴的作用,另外增加两个托辊支承连接轴,且左右对称于连接轴两侧[2]。这样,轴承只受到连接轴的垂向重力分力,避免了轴承产生轴向移动,使得螺旋轴的圆摆动不再受托轴承约束,延长了悬吊轴承的使用寿命。改进后的吊轴承示意图如图3所示。此外,还可以通过改变吊轴承的材质使得螺旋输送机高效持久运行。有资料[3]表明,抗磨镍铬白口铸铁吊轴承可以有效地延长吊轴承使用寿命,而且其结构简单,无需密封,维护少。对吊轴承进行必要的润滑对延长其使用寿命也至关重要,加大对吊轴承的润滑可以大大减少进入轴瓦间的物料及粉尘数量,有助于减小摩擦力,降低磨损。

2.3 螺旋磨损

如何减少螺旋磨损可以从如何减少螺旋与机槽之间的堆积物料考虑。曾志勇[4]曾在螺旋两端增焊两块螺旋叶片,其作用主要是加强对吊轴承处堆积物料的推力,这样一来,在螺旋旋转时,能够通过对堆积的物料产生一定推力以减少物料堆积量,可以有效地减少螺旋磨损程度。徐锦春[5]从加强密封防尘的角度考虑,采取物料与轴承座隔离的方法对螺旋端头进行改造也取得了较好的效果。其具体做法是在螺旋输送机靠近轴承一端增设隔离板使得物料与轴承座之间具有一定空间,在其间充填密封材料,这样既能改善轴承润滑性又能提高其使用寿命。

螺旋输送机长时间旋转运移物料,其工作环境一般比较恶劣,输送槽外部是粉尘弥漫的空间,内部是翻腾的物料。因此密封性的好坏对螺旋输送机螺旋的磨损也有着密切的影响。如果密封不彻底,物料及空气的污染物一旦进入轴承腔内,定会造成轴承的磨损,同时也会造成螺旋端头的磨损[6]。

2.4 其他

由于轴承密封件密封性受温度影响明显,应尽量保持螺旋输送机的工作环境在合理的温度范围内,在使用螺旋输送机运输物料时,要严格按照其操作规程进行,禁止超载、超速运行,这对减缓螺旋输送机磨损、延长其使用寿命也有着重要的作用。

3 结语

通过对螺旋输送机叶片、吊轴承、螺旋等部位磨损形式和机理的分析,了解了其磨损的内在原因。针对其具体磨损形式和磨损程度,提出相应对策,在一定程度上解决了螺旋输送机磨损问题,延长了其使用寿命,对螺旋输送机设计者和使用者提供了一定的参考依据。

摘要：针对螺旋输送机在使用过程中常常因叶片、吊轴承、螺旋端头磨损严重而导致运输效率降低,甚至报废的情况,根据调研获得的资料,对螺旋输送机主要磨损部件的失效形式及机理做了探讨,并给出了相应对策,以期延长螺旋输送机使用寿命。

关键词：螺旋输送机,磨损,对策

参考文献

[1]商兴国,张春梅,王杰.螺旋输送机叶片磨损机理研究[J].选煤技术,2009(6):16-17.

[2]夏乡灵.螺旋输送机主轴吊轴承结构的改进[J].广西轻工业,2009(10):58-59.

[3]吴元良.抗磨镍铬白口铸铁吊轴承在螺旋输送机上的应用[J].水泥,2006(2):69-69.

[4]曾志勇.防止螺旋输送机螺旋磨损的方法[J].水泥技术,1999(3):26-27.

[5]徐锦春.螺旋输送机的几点改进[J].四川水泥,2000(5):37.

螺旋输送机轴端密封装置改造篇7

1 螺旋输送机轴端密封结构及问题

螺旋输送机系统布置见图1。填料密封由填料函壳、填料、压盖组成, 填料是浸油或涂石墨的石棉绳。依靠压盖对填料轴向压缩产生密封作用。

导致密封失效的两个因素:

1) 设计缺陷

该填料函壳长为100mm左右, 由于设备结构紧凑, 更换填料非常困难。填料使用一段时间后, 由于经常性的挤压, 使浸渍的润滑剂枯竭, 产生润滑不良, 造成填料与轴之间出现干摩擦, 轴出现严重磨损, 填料和轴之间的间隙增大, 粉料从间隙处顺轴漏出, 不但加速了填料与轴的磨损, 而且漏料进入轴承座内, 引起轴承损坏。

2) 轴弯曲

螺旋轴长度为5 940mm, 由于螺旋轴存在挠度, 在运转过程中螺旋轴在填料函壳孔中做椭圆形轨迹的运动, 填料经螺旋轴径向挤压后弹性超过临界点, 没有足够的回弹能力, 因此产生间隙, 造成漏料。

2 螺旋输送机轴端密封改造

改造后的螺旋输送机轴端密封见图2。采取填料+动态气流密封技术, 弥补因轴存在挠度导致填料挤压变形产生的间隙, 填料函壳为分体式, 以方便填料的更换。

1) 在填料函壳2内加装气流密封环, 密封环开有3个进气孔。气流通过进气孔进入密封环的腔体内, 气压0.85MPa。由于密封环和轴之间的间隙很小, 密封腔内气体形成正压, 气流沿轴与密封环之间的圆周间隙吹出, 阻塞了相对低压的粉料泄漏通道。

2) 增加一套加油装置, 通过轴的旋转, 将润滑脂带到润滑部位, 避免填料与轴产生干摩擦。在填料函壳1上钻一加油孔, 在其内壁加油孔位置沿轴向加工1个一字型导油槽, 储油环移动后, 润滑脂通过导油槽进入储油环内。

由于该部位工作温度在200℃左右, 为了防止润滑脂流失后的不良影响, 规定每8h加油一次。在加油时, 油枪将润滑脂输送到储油环与转轴之间的空间, 观察到轴与填料之间有润滑脂溢出即可, 通过轴的旋转, 将润滑脂带到润滑部位。

3 效果

螺旋输送篇8

垂直螺旋输送机结构简单、紧凑, 广泛应用于矿业、粮食、化工、建材、电力及交通运输等工业部门[1]。物料的向上输送, 是依靠适当的螺旋转速所引起的作用在物料颗粒上的离心力以及由此对管壁所产生的摩擦力而进行的[2,3]。当螺旋旋转时, 螺旋面上的物料颗粒依靠本身的惯性, 沿螺旋面开始滑动, 并逐渐加速。如果能够克服对螺旋面的摩擦, 则物料颗粒将在离心力作用下向孔壁移动, 从而使作用于孔壁的压力增加, 亦即对孔壁产生较大的摩擦力。由于该摩擦力作用的结果使靠近孔壁处的物料颗粒减速, 并与螺旋间产生相对运动, 使这部分物料不随螺旋转动而向上运移。将使物料开始向上运移的螺旋最低转速称为临界转速, 螺旋的转速必须高于临界转速时才可以实现螺旋输送。

1螺旋输送过程的一般动力学分析

取螺旋的心轴直径为2r0, 叶片外径为2r1, 螺距为l。取距离叶片轴线距离为r的物料微粒m作为分析对象, 以螺旋轴的旋转运动为牵连运动, m相对于螺旋的运动为相对运动, 建立ox′y′z′作为运动参考系对物料m进行动力学分析, 如图1所示。

假定物料与叶片之间的动、静摩擦系数相同, 各物理量的意义如下:mg为重力;μ1为物料与叶片之间的摩擦系数;μ2为物料的内摩擦系数;F1为叶片的法向力;Fμ1为叶片的切向摩擦力;F2为外侧物料的径向支撑力;Fμ2为外侧物料的切向摩擦力;ωe为螺旋的转速;Ve为m点处的牵连运动线速度;vr为相对运动的线速度;va为物料m的绝对线速度;Fge为牵连惯性力;Fg C为科氏惯性力;β 为螺旋叶片的升角;θ 为物料绝对运动的升角。

2物料与叶片产生相对运动前的动力学分析

根据质点相对运动动力学的相关知识, 有m的相对运动动力学基本方程为:

式中:为物料相对于钻杆的加速度;为物料所受外力的合力。

当物料与叶片之间无相对运动时, 有:。除Fg C=0外, 物料m的其它受力方向情况为:

mg为z′轴负向;F1为叶片法向;Fμ1为叶片切向, 向上或向下;F2为x′轴负向;Fμ2=μ2F2为与m速度方向相反;Fge=mrωe2为x′轴正向。

将加速度沿坐标轴进行分解, ar-x、ar-y、ar-z分别为在3个坐标轴上的投影, 取沿着各坐标轴的方向为正, β 为螺旋叶片的升角, 有:

由式 (2) 可知, 当螺旋转速增加时, 物料受到的外侧物料的法向支撑力F2增加, 导致外侧物料对物料的摩擦阻力Fμ2增加。在y′轴方向上为达到受力平衡;当Fμ2增加时, 叶片对物料的法向支撑力F1将增加;或者叶片对物料产生的摩擦力Fμ1减小至0, 再沿与图1所示的方向反向增加, 此时物料m与叶片之间即将产生相对运动。当Fμ1与图中所示方向的相反方向增加至最大静摩擦力, 即Fμ1=μ1F1时, 结合式 (2) ~ 式 (4) , 可以得到此时的转速为:

根据螺旋叶片的结构, 有:

当各量的单位按国标取值时, 螺旋输送转速可写成:

当螺旋转速满足上式时, 离螺旋轴线距离为r处的物料开始产生相对运动, 实现物料的输送。式 (5) 可为螺旋输送的临界转速计算提供依据。

3稳定输送过程中的动力学分析

对物料沿着钻杆稳定输送的状态进行分析。螺旋输送过程中, 紧贴叶片的物料显然不会脱离叶片, 其与叶片的相对运动为沿着叶片的螺旋线向上运动, 绝对运动为螺旋上升运动。与临界状态相比, 物料的动力学变化还有:1科氏加速度、科氏惯性力值不为0;2筒壁对物料的摩擦力改向, 与物料的绝对运动速度方向相反。

若将物料螺旋运动分解为绕钻杆轴线的转动和沿钻杆轴线的直线运动, 则其转速和轴向直线运动速度的值均稳定不变。稳定输送时物料颗粒m的各力的方向情况为:mg为z′轴负向;F1为叶片法向;Fμ1=μ1F1为相对速度的反向;F2为x′轴负向;Fμ2=μ2F2为与m运动方向相反;Fge为x′轴正向;Fg C=2mrωeωr为x′轴负向。

将加速度投影到x′、y′、z′轴上, 有:

以 ωr表示物料可以与叶片的相对转速, 则物料颗粒的绝对转速为:ωa=ωe-ωr。物料颗粒绝对速度va沿圆周方向的分量和沿轴向的分量大小为:

物料相对于螺旋做稳定运动时, 3个轴方向的相对加速度分量大小为:

联合式 (6) ~式 (12) , 有:

将叶片螺旋升角的三角函数以半径和螺距代替, 综合上式, 得到绝对角速度与牵连角速度满足以下关系:

当螺旋的参数以及物料性质确定时, 式 (13) 可表示为:

式 (14) 是对物料在单头螺旋稳定输送状态下进行相对运动动力学分析得到的结果, 其所表达了物料颗粒的绝对转速与螺旋转速以及物料颗粒距离轴心距离r之间的数学关系。当螺旋的转速 ωe确定时, 物料颗粒dm沿轴向运动的线速度是r的函数, 以g (r) 表示。

螺旋输送的截面示意图如图2所示。

输送是一个持续的过程, 距离轴线r处的所有物料的运动参数一致, 即图2中微小宽度dr的环形区域内的物料速度大小相同。对于心轴半径为r0、螺旋外径为r1的螺旋, 则单位时间内整个螺旋输送截面区域内输送的物料的体积为:

式中:g (r) 为物料轴向速度与距轴心之间距离的函数;r0为螺旋心轴的半径;r1为螺旋叶片外径。

式 (15) 反映了单位时间内全截面区域内的物料输送体积, 可以供计算螺旋输送速度时参考。函数g (r) 可以通过数学推导的方式获得, 然而难度较大。可以通过数学软件的拟合等手段, 获得近似的简化公式进行相关的计算。

4结论