300 t/h垂直螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)與改進(jìn)

孫遠(yuǎn)韜　吳　丹　潘松勝　夏　華　張　氫

1 同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院　2 無錫松大重工機(jī)械有限公司

?

300 t/h垂直螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)與改進(jìn)

孫遠(yuǎn)韜1吳丹2潘松勝2夏華2張氫1

1 同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院2 無錫松大重工機(jī)械有限公司

從垂直螺旋卸船機(jī)的核心裝置-螺旋取料裝置的密封、潤(rùn)滑及垂直傳送的機(jī)理出發(fā)，研究了螺旋頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法，確定了螺旋裝置合理的臨界轉(zhuǎn)速，得到了一種性能更好，可靠性更高，維護(hù)量小的散貨裝備核心部件。

臨界轉(zhuǎn)速; 螺旋卸船機(jī); 散貨; 磨損; 密封

1　前言

散貨卸船機(jī)主要有間歇式卸船機(jī)和連續(xù)式卸船機(jī)2大類型。間歇式卸船機(jī)的代表是抓斗卸船機(jī)。但隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求增加，傳統(tǒng)的抓斗卸船機(jī)或門機(jī)已經(jīng)無法滿足環(huán)境治理要求，因此越來越多的生產(chǎn)廠家都開始致力于研發(fā)連續(xù)式、全封閉卸船設(shè)備，以滿足環(huán)保要求。螺旋卸船機(jī)是此類代表性產(chǎn)品，其最大優(yōu)點(diǎn)是物料在密閉管道內(nèi)輸送，大大減少了粉塵污染，同時(shí)易于清倉(cāng)。

在世界范圍內(nèi)，芬蘭Cargotec公司的標(biāo)志性產(chǎn)品Siwertell螺旋卸船機(jī)長(zhǎng)期壟斷世界螺旋卸船機(jī)市場(chǎng)[1]。Siwertell螺旋卸船機(jī)的核心技術(shù)主要是反轉(zhuǎn)傾斜翼板取料技術(shù)和垂直螺旋的中間支承技術(shù)。反轉(zhuǎn)傾斜翼板取料技術(shù)是以傾斜翼板與垂直螺旋反向旋轉(zhuǎn)取料，可保證垂直螺旋較高的充填率，外螺旋或刮板可松散物料以保證進(jìn)料口處物料充足，易于達(dá)到船艙各個(gè)角落，但對(duì)物料的流動(dòng)性依賴性高，卸船機(jī)平均效率較低。垂直螺旋的中間支承技術(shù)采用與上下輸送螺旋連成一體的支撐螺旋，支撐螺旋上鑲有一排硬質(zhì)合金柱體，與外部軸瓦形成滑動(dòng)支撐，輸送螺旋連續(xù)，物料通過性好。但對(duì)垂直螺旋軸、支撐螺旋及支撐軸瓦的制造安裝有極高的要求，當(dāng)螺旋軸因外載荷或制造安裝導(dǎo)致結(jié)構(gòu)同軸度誤差時(shí)，引起螺旋軸局部結(jié)構(gòu)受力極大，磨損極其嚴(yán)重，甚至卡死，進(jìn)而導(dǎo)致垂直卸船機(jī)能耗較高[2]。因此，研制高效的垂直螺旋卸船機(jī)是發(fā)展港口多功能螺旋卸船機(jī)的關(guān)鍵所在。螺旋取料頭存在的主要問題是磨損件磨損較快和能耗較大。本文就是從垂直螺旋卸船機(jī)的核心裝置-螺旋取料裝置的密封、潤(rùn)滑及垂直傳送的機(jī)理出發(fā)，研究螺旋頭的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方法，確定螺旋裝置合理的臨界轉(zhuǎn)速方法，從而得到一種性能更好，可靠性更高，維護(hù)量小的散貨裝備。

2　取料頭結(jié)構(gòu)改進(jìn)

現(xiàn)有的取料頭大都采用普通軸承，易磨損，并容易受到物料的污染而加劇，而且沒有獨(dú)立的儲(chǔ)油腔體，需要定期加油，增加了很多工作量。同時(shí)現(xiàn)有的取料頭一般只采用一道密封圈，密封效果不夠理想。 本設(shè)計(jì)利用振動(dòng)式物體滑落原理，在螺旋取料頭主軸內(nèi)設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)油腔體(如圖1所示)，螺旋取料頭在工作過程中，儲(chǔ)油腔體中儲(chǔ)存的潤(rùn)滑油會(huì)由于振動(dòng)自動(dòng)流出，均勻地涂抹在設(shè)備接觸面上，起到潤(rùn)滑作用，通過潤(rùn)滑油的自重，實(shí)現(xiàn)軸承的自潤(rùn)滑，解決了在取料過程中需人工反復(fù)加油進(jìn)行潤(rùn)滑、增加工作人員工作量的問題。

圖1　取料頭儲(chǔ)油腔

采用滑輪滾動(dòng)技術(shù)，在底軸與鎢鋼軸承的相對(duì)旋轉(zhuǎn)部位焊接有鎢鋼顆粒，其具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，同時(shí)也為取料頭的內(nèi)螺旋提供了徑向旋轉(zhuǎn)支撐，使之能更好的發(fā)揮功能，解決了在使用普通軸承耐磨性低、磨損強(qiáng)度大而造成使用壽命短的問題。

采用多層密封措施，將軸承座與底座之間放置有氈圈、機(jī)械密封、密封環(huán)三道密封圈，將其之間接口的縫隙完全密封，解決了由于接口密封差，導(dǎo)致液壓油外漏、增加了員工清洗強(qiáng)度的問題。

3　臨界轉(zhuǎn)速確定

垂直螺旋輸送機(jī)的輸送機(jī)理與水平螺旋輸送機(jī)的輸送機(jī)理不同，是依靠適當(dāng)?shù)穆菪D(zhuǎn)速使物料產(chǎn)生足夠的離心力和因離心力而產(chǎn)生的與管壁之間的摩擦力。當(dāng)螺旋以臨界轉(zhuǎn)速nk旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料顆粒隨螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)，物料在離心力的作用下與管壁貼緊。管壁對(duì)物料顆粒上的法向支持力為Ft=mRωk2，故產(chǎn)生的摩擦力為Ftμt(μt為物料與管壁之間的摩擦系數(shù))尚不足以延緩物料顆粒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)物料與螺旋面之間無法形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)而只能隨螺旋軸在原地旋轉(zhuǎn)，不能達(dá)到向上輸送的目的[3]。

如圖2(b)所示，物料顆粒在螺旋線處展開，臨界狀態(tài)下，物料沒有上升運(yùn)動(dòng)，物料受到來自管壁的摩擦力必是水平方向的，在螺旋線展開的平面上，物料處于如下幾種力的作用下達(dá)到極限平衡狀態(tài)：重力mg；螺旋作用于物料的法向作用力與摩擦力的合力Fs(Fs與法線方向偏轉(zhuǎn)一摩擦角φs)；管壁作用于物料的法向作用力Ft和摩擦力Ftμt等[4]。由圖2(c)的力多邊形可以得出：

圖2　極限情況下物料顆粒的受力

可得：

而轉(zhuǎn)速

故，臨界轉(zhuǎn)速為：

4　結(jié)語

現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況證明，所設(shè)計(jì)的螺旋卸船機(jī)的生產(chǎn)能力達(dá)到300t/h，，并且螺旋頭加油的工作量由以往1周1次延長(zhǎng)到5～6周左右1次，日常維護(hù)的工作量大大降低,，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性和設(shè)備的使用可靠性。

[1]梅磊. 螺旋卻船機(jī)垂直輸送機(jī)理及試驗(yàn)研究[D].武漢:武漢理工大學(xué).2014: 7-8.

[2]陳天沛.L型螺旋卸船機(jī)垂直軸段中間支撐特性分析[D].武漢:武漢理工大學(xué).2013: 16-17.

[3]梁庚煌.運(yùn)輸機(jī)械手冊(cè)(第2冊(cè))[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,1983.

[4]蔣瓊珠.連續(xù)輸送機(jī)[M].北京: 人民交通出版社, 1986.

Design and Reconstruction of the 300 t/h Vertical Screw Type Conveyer

Sun Yuantao1Wu Dan2Pan Songsheng2Xia Hua2Zhang Qing1

1 School of Mechanical and Energy Engineering of Tongji University2 Wuxi Songda Heavy Machinery Co., Ltd.

Starting from the research on seal, lubrication and vertical transmission mechanism of the spiral feeding device, which is the core device in the vertical screw ship unloading machine, this paper mainly studied the structural improvement method of the spiral head, where the critical revolution speed was determined. From the field operation, it shows that the core component of bulk cargo equipment presents a better performance and reliability and needs less maintenance workload.

critical revolution speed; screw ship unloading machine; bulk cargo; abrasion; seal

2016-05-24

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.001

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(C51205292)

孫遠(yuǎn)韜： 200092，上海市嘉定區(qū)曹安公路4 800號(hào)

國(guó)家科技支撐計(jì)劃：(2015BAF06B00)

國(guó)家科技支撐項(xiàng)目：(2014BAF08B05)