試論螺旋輸送機圓柱螺旋葉片簡易制作工藝及安裝方法*

郭在云

（云南能源職業技術學院，云南曲靖 655001）

螺旋輸送機廣泛應用于化工、電力、冶金、煤炭等行業，適用于水平或傾斜輸送粉狀、粒狀和小塊狀物料，如煤炭、礦石、水泥等，可同時完成輸送、攪拌、混合等工藝要求，物料進入過多時也不會產生卡阻現象。螺旋輸送機的規格型號較多，其中常用的有LS、GX、DX型號，其工作原理是旋轉的螺旋葉片將物料推移進行輸送和混合，由于螺旋葉片在工作過程中一直處于旋轉，并與輸送物料進行摩擦，屬易損件和消耗件，需定期進行更換。螺旋輸送機使用過程中，葉片消耗量較大，葉片更換安裝也較為麻煩，需由設備生產廠家完成，造成停產檢修周期長，對生產影響較大。筆者在相關企業進行調研時，發現大多數生產企業都有機修車間，并配有一定的設備和工程技術人員，LS、GX、DX型號螺旋輸送機結構較為簡單，如制定簡易、適用的圓柱螺旋葉片制作及安裝工藝，則可在現場自行設計、制作和安裝，不僅充分利用設備和人員，降低配件成本，還能有效縮短停產檢修時間，提高生產效益。筆者結合在某企業參與圓柱螺旋葉片設計制造及安裝經驗，對圓柱螺旋螺旋葉片的簡易制作工藝及安裝展開方法作一些討論。

1 螺旋葉片制作方法

螺旋直徑小于600 mm，葉片厚度小于14 mm的圓柱葉片的制作，通常采用的工藝流程為劃線、放樣、下料、鍛壓成型，螺旋輸送機螺旋部分是由若干段導程相等的葉片焊接而成，內圈又與螺旋軸焊接在一起，如圖1所示。制作的設備只需下料、鍛壓、焊接等通用設備即可，適合大多數企業的機修車間配置狀況。鍛壓模具一般企業無法自行加工，設計好后可到相應廠家定制，鍛壓時模具精度要求較高，必須保證葉片的展開圓切角α與計算的尺寸相一致，誤差小于1°，否則焊接時會出現兩葉片對接不吻合，產生偏差；其次，焊接時還會出現葉片與傳動軸之間產生較大間隙和扭曲現象[1-2]。

圖1 螺旋輸送機結構圖

2 圓柱螺旋葉片的展開

以上兩方面因素，會造成沖壓模具設計理論依據不夠精確，葉片沖壓成型后質量難以保證。想有效避免葉片制作中產生的誤差，則需選擇較為準確的螺旋面展開圖。螺旋葉片是由不可展開曲面組成的構件，放樣、下料尺寸無精確的計算方法，誤差較大。螺旋輸送機螺旋葉片大都屬于同軸兩圓柱截斷的正螺旋面，筆者根據實際工作經驗，總結展開圖采用經驗作圖法和近似計算法較為簡便和精準。下面分別介紹圓柱螺旋葉片展開圖的兩種展開方法。

2.1 經驗圖解法

采用作圖法比較直觀，展開后所得尺寸準確度較高。但過程繁瑣，對繪圖、測量工具精度要求較高，繪圖、測量過程中，必須注意力高度集中，否則誤差較大。圖解法作展開的方法是：通過導程P和螺旋面的內外圓柱面周長，用直角三角形法分別求出內外螺旋線實長l、L；再以二分之一l、L及葉片寬h作直角梯形，求得展開半徑r作切口環圓即為所求。具體作法如下[3]。

如圖2所示為一個導程螺旋面，螺旋輸送機同軸兩圓柱截斷的正螺旋面的一個導程投影圖，其中D為螺旋外圓直徑、d為螺旋內圓直徑、P為螺旋導程，均為已知尺寸，是螺旋輸送機設計給定尺寸。2.1.1根據D、d、P三個尺寸確定內、外兩條圓柱螺旋線l、L的實長

圖2 葉片尺寸標注

繪制展開圖的步驟，按一定比例以導程P為對邊，即AB=P；取πd、πD為底邊，作直角三角形△ABC和△ABD，其中BC=πd、BD=πD，得到AC、AD兩條邊長即為內、外兩條圓柱螺旋線的實長，確定AC=l，AD=L，如圖3所示。在測量l、L尺寸時至少測三次，如數據偏差較大，則更換測量工具后再測，力求每次測量結果一致，方能保證數據的準確。

圖3 圓柱螺旋葉片展開圖

2.1.2 畫展開圖

作一等腰梯形EFGN，上底長EF=BC，下底GN=BD，高h=（D－d）/2，延長梯形的兩腰交于O點，O點即為作展開圖環圓中心；

過O點作EF、GN的垂線分別交于1、2兩點，并分別以O1、O2為半徑作同心圓弧，大圓弧23等于L；

連接O、3兩點與小圓弧交于點4，即完成一個導程的展開圖。如圖4所示。其中α、r、h，即為所求尺寸。

其中：α——展開圓切角；

r——螺旋葉片展開內圓半徑；

h——螺旋葉片寬度。

圖4 葉片一個導程展開圖

2.2 近似計算法

計算展開法是通過已知尺寸D、d、P，利用近似計算公式，計算出有關參數后作出展開圖。需要計算的尺寸有：l—葉片內圓柱螺旋線長、L—葉片外圓柱螺旋線長、C—切缺弦長、α—環圓切缺角。該方法簡便、快捷，但由于是近似計算公式，結果誤差值較大，需進行試驗后修正數據。

計算公式：

2.3 螺旋面展開后尺寸分析

采用圖解法和計算法來展開螺旋葉片均屬于經驗法，目前尚無精確計算的方法，各項數據仍是近似值，在實際生產中還需進行修正，所獲得的各參數還要與焊縫、卷板和成型所需的預留尺寸進行綜合分析，方可獲得準確實際下料尺寸。因此在放樣時，需制作模板進行實驗，并根據結果對某些尺寸進行調整、修正，方保證焊接組裝后達到相應技術要求，保證葉片之間、葉片與螺旋軸連接面均較平順、自然、無錯對現象。其中α角度大小確定非常關鍵，α隨著h值的變化而改變，α角的準確性對葉片連接面的平順性和正確對接影響較大。經過多次實驗發現采用作圖法得到的α角度值準確性高，誤差較小，在焊接過程中能保證葉片之間、葉片與傳動軸焊接吻合性好，驗證了采用經驗作圖法的準確性和可行性較好。

3 螺旋葉片安裝工藝

LS、GX、DX型號螺旋輸送機的葉片大多數是圓柱螺旋葉片，葉片按導程P分段鍛壓成型，然后將葉片沿圓柱螺旋線焊接于傳動軸上，并同時完成葉片與葉片之間的焊接，最終焊接成具有一定長度的螺旋輸送軸，如圖5所示。螺旋葉片的安裝，最主要的技術就是葉片與葉片、葉片與傳動軸之間的焊接，焊接工藝性的好壞決定了螺旋輸送機質量。在焊接時，必須注意以下幾個方面。

圖5 螺旋葉片、傳動軸焊接示意圖

3.1 葉片、傳動軸材料焊接性能分析

葉片的材料普遍選用Q235A鋼，屬于低碳鋼，含C量在0.14%～0.22%，一般沒有淬硬傾向，產生裂紋、氣孔的傾向小，焊接性能良好，易保證焊接接頭質量，適合手工電弧焊、氣體保護焊等焊接方法。傳動軸選用45鋼，含碳量在0.42%～0.5%，屬于中碳鋼，在焊接過程中淬硬傾向較大，焊接熱影響區容易產生淬火組織及焊接裂紋，施工時須采用預熱、緩冷措施，以減少焊接應力，防治焊接裂紋，改善焊接接頭塑韌性。另外，對于45鋼的焊接，必須正確選擇合理焊接方法和焊縫布置。在采用手工電弧焊焊接時，應盡量選用堿性低氫焊條，可提高焊縫抗裂紋能力。

3.2 葉片下料注意事項

葉片在下料時須將下道工序的加工余量保留好，將內圓半徑r減少0.5 mm左右，內圓加工完畢后，安裝時葉片內圓與軸之間結合時較為貼合、間隙小，便于固定，還可防止葉片偏斜及葉片連接面出現錯位現象，保證葉片與傳動軸焊接后積累誤差造成的變形。用氣割將料下成圓環，在車床上加工內、外圓后，再將缺口割下。這樣可避免在車床上加工時，損傷刀具。

3.3 合理的焊接方法

（1）前面已分析了葉片、傳動軸材料的焊接性能，為保證焊接質量，在開始焊接前須將焊條進行預熱，經300℃～350℃烘干1小時左右，而后放保溫桶中保存使用，目的是為了減少焊縫參數氣孔、夾渣等缺陷。

（2）在螺旋葉片與傳動軸焊接時，應從傳動軸兩端葉片向中間均勻進行焊接，將焊縫分散，可以使工件的局部加熱相對均勻，降低焊接應力和應力集中現象。否則，只從一端焊接，會導致葉片加熱速度過快，且熱源連續運動，使焊接應力較大，葉片變形較為嚴重。

（3）兩葉片對接時，須對葉片進行焊前預熱，由于葉片較薄，焊接過程中極易產生變形。預熱方法是將葉片全部進行適當加熱，可減小葉片焊縫區和周邊金屬的溫差，使兩葉片能均勻地冷卻收縮，有效減少焊接應力和變形。兩葉片結合面是圓弧，并且厚度小，葉片兩面焊縫要均勻，焊條移動速度也要均勻。焊接前必須檢查葉片余量是否足夠，焊后方能保證螺距均勻符合要求，螺旋形狀良好。

3.4 消除焊接應力

葉片與傳動軸組對和焊接結束后，需消除焊接應力，防止在設備工作過程中，由于焊接應力導致葉片變形、開裂等。消除應力的方法可采取焊后退火處理，主要對葉片、傳動軸焊接處和葉片之間的焊縫進行加熱，用緩慢加熱至500℃～600℃，保溫后冷卻。

4 結束語

針對結構較為簡單的LS、GX、DX等型號的螺旋輸送機，制定了簡易、適用的圓柱螺旋葉片制作及安裝工藝，充分利用資源，提高了生產效益。

［1］中川威雄.沖壓加工技術手冊［M］.北京：輕工業出版社，1988.

［2］梁邵華，梁繼舟.鈑金工放樣技術基礎［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［3］郭在云.螺旋輸送機葉片展開圖二種畫法的比較［J］.出國與就業，2011（5）：119.